[发明专利]一种二氧化钛复合涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种二氧化钛复合涂层，包括二氧化钛和洋葱状富勒烯，所述洋葱状富勒烯的质量为二氧化钛质量的1％～20％。本发明还提供一种二氧化钛复合涂层的制备方法，原料悬浮液包括纳米金刚石或洋葱状富勒烯，经悬浮液热喷涂工艺，将原料悬浮液喷涂沉积到金属基体上，得到二氧化钛复合涂层。本发明提供的二氧化钛复合涂层通过二氧化钛与洋葱状富勒烯的复合，能够显著降低二氧化钛的禁带宽度、减小二氧化钛的晶粒尺寸和增加二氧化钛表面的吸附能力，对光催化过程的三个步骤都具有促进作用；并且制备方法具有操作简单、工艺流程少、成本低、适合工业化生产等优点。

技术领域

本发明属于光催化涂层技术领域，尤其涉及一种二氧化钛复合涂层及其制备方法。

背景技术

有机染料广泛应用于纺织、皮革、塑料、造纸等化工行业，其生产过程产生的废水中含有大量有机染料残余，排放到自然界的水体中将对水生动植物产生严重危害，污染环境的同时也将危及人类的身体健康。

目前，针对有机染料的污染废水主要处理方法有：(1)物理方法：膜分离法、吸附法、絮凝沉降法；(2)化学方法：超临界氧化法、电化学氧化法、光催化氧化法；(3)生物方法：生物吸附法、生物氧化法等。

其中，光催化技术具有相对高效、操作简单等特点，因此一直是降解有机染料废水的研究热点与应用热点。二氧化钛作为典型的半导体材料，具有很好的化学稳定性、耐久性，无毒副作用，价格低廉，且能够重复使用而不降低光催化活性。

二氧化钛光催化剂在应用中主要有两个方面的问题需要解决：(1)粉末状态的二氧化钛具有较大的比表面积和较好的光催化活性，但在实际应用中，纳米粉体容易发生团聚导致比表面积减小，光催化性能下降，使用后又难以回收利用；(2)二氧化钛禁带宽度较宽，量子化产率低，光催化效率仍然较低。

为解决上述问题(1)，将二氧化钛粉末制备成薄膜或涂层的形式能够有效地把二氧化钛粉末固定下来，从而有效地解决了这一问题。热喷涂技术，即通过电弧、火焰、等离子等一定的热源快速将待喷涂材料加热到熔化或半熔化状态，借助喷涂焰流或其他辅助气流等将其加速，以一定的速度撞击到基体表面，快速冷却而形成一定厚度的涂层。相比其他将粉末制备为涂层的技术，热喷涂技术具有成本低、方便施工、沉积效率高、易于大面积制备等优势。

工业上已经规模化制备的二氧化钛粉末，是粒径为25nm左右的纳米粉末，已经得到广泛的研究与应用。传统固体送料方式的热喷涂技术，难以解决纳米粉末团聚、堵塞等问题。悬浮液热喷涂技术以纳米粉末制备的悬浮液为原料，经送料针头给料，雾化后进入焰流中发生一系列物理、化学反应过程，经压缩空气加速后撞击到基体表面形成涂层。悬浮液热喷涂技术具有设备简单，操作灵活，经济性好等特点，适宜制备以纳米粉末作为原料的光催化涂层。

为解决上述问题(2)，主要通过掺杂或复合的方式去调控二氧化钛带隙、调控催化剂表面吸附特性、调控载流子迁移与复合特性。各种文献报道的掺杂或复合工艺众多，可选材料众多，但通过纳米碳材料复合可以同时实现以上三个方面的调控。这三个方面分别对应光催化过程的三个阶段：(i)光照激发载流子的生成，(ii)载流子的有效分离，(iii)污染物吸附在催化剂表面发生催化反应。

纳米碳材料种类众多，目前应用受限的主要原因是制备的成本问题。通过有机物作为前驱体，在密闭环境中爆炸，可以制备出纳米尺度的金刚石颗粒，并经过热处理可以得到洋葱状富勒烯纳米颗粒。该路线可以廉价制备出纳米碳材料，但以纳米金刚石、洋葱状富勒烯为主的纳米碳材料应用一直未得到拓展。

发明内容

本发明提供一种二氧化钛复合涂层及其制备方法，可以显著降低二氧化钛的带隙宽度，并显著提高二氧化钛复合涂层的光催化效率；并且操作简单、工艺流程少、能够实现量产、适合工业化生产。

一种二氧化钛复合涂层，所述二氧化钛复合涂层含有洋葱状富勒烯，所述洋葱状富勒烯的质量为二氧化钛质量的1％～20％。