[发明专利]一种高比表面积纳米二氧化钛光催化涂层及制备方法

说明书

本发明涉及一种高比表面积纳米二氧化钛光催化涂层及制备方法，属于材料制备领域。将纳米二氧化钛粉体团聚成松散的球形颗粒，通过载气送入低压受控环境下(压力10mbar)的高功率等离子喷枪(180kW‑3000A，气流量达200slpm)，使其在膨胀的高温、高速射流中完全气化，然后射流末端形成具有高比表面积的纳米二氧化钛光催化涂层。本发明所制涂层具有羽‑柱状微纳结构、比表面积高、吸附性能优异、光催化性能强，且制备方法操作简单、成本低、适合工业化生产。

技术领域

本发明涉及一种高比表面积纳米二氧化钛光催化涂层及制备方法。

背景技术

环境问题如大气环境污染、水资源污染已成为影响人类生存和发展所面临的关键问题，需开发先进环境治理技术。光催化技术是在光的照射作用下，借助光催化剂加速化学反应的技术，可利用持续的太阳能驱动光催化反应，在环境、能源等领域具有潜在的应用价值。同时，它催化效率高，无毒副产物生成，被认为是解决环境问题的可行技术。

TiO₂因其稳定的化学性质、高耐久性、低价、无毒和强氧化能力等优点，成为最具有应用前景的光催化材料。其中，纳米颗粒状TiO₂催化剂，颗粒粒径小，比表面积大，催化活性较高。然而，在实际应用过程中，尤其在液相中，颗粒状催化剂需要后续的离心或过滤装置进行回收利用，这无疑增加了经济投入和技术复杂度。此外，还可能引起二次环境污染。采用溶胶-凝胶法、化学气相沉积法、热喷涂法、电化学方法等技术方法，可以将TiO₂纳米颗粒固定到载体上制备成TiO₂涂层，从而解决回收问题。但是，相比纳米颗粒TiO₂，涂层TiO₂的比表面积极低，致使其催化活性、吸附性能大幅下降。

申请号为201610337956.X的发明专利“一种微纳米结构复合涂层及其制备方法”采用液料热喷涂方式喷涂，制得兼具耐蚀性、结合强度高的TiO₂涂层。通过在喂料中添加聚氨酯或无水乙醇，涂层表面亲疏水可控，有利于光催化功能的发挥。进一步，申请号为201610336095.3的发明专利“一种微纳结构光催化涂层及其制备方法”以羟基磷灰石包覆纳米TiO₂形成复合材料的悬浮液，将其经热喷涂工艺沉积到基材表面，得到光催化涂层。该发明称其所制得的HA-TiO₂纳米复合光催化涂层具有多孔微纳米结构、吸附性能优异、光催化性能强的特点，但其报道的比表面积仍然较低，仅有104m²/g。

发明内容

本发明的目的之一是针对现有技术中存在的缺陷或不足，提供一种高比表面积纳米二氧化钛光催化涂层。

本发明的另一目的是提供一种高比表面积纳米二氧化钛光催化涂层的制备方法。

一种高比表面积纳米二氧化钛光催化涂层，其特征在于该涂层材料由纳米二氧化钛组成，厚度为100～200μm，涂层具有羽-柱状微纳结构，孔隙率不低于25％，比表面积不低于150m²/g。

一种如权利要求1所述的一种高比表面积纳米二氧化钛光催化涂层的制备方法，其特征在于该方法步骤包括：

(1)将TiO₂粉体置于去离子水中，依次加入粘结剂、分散稳定剂，高速球磨分散6～10小时，配置成稳定的悬浮浆料；

(2)将上一步获得的悬浮浆料通过高速离心喷雾造粒，获得团聚粉末；

(3)将基体清洗除污，安装到真空腔体的样品支架，抽真空至0.5mbar，再回填氩气至40mbar，然后启动高功率等离子喷枪，再逐渐把真空抽至1.5mbar，使Ar-He等离子体射流膨胀；

(4)采用N₂载气将步骤(2)的团聚粉末送入高功率等离子喷枪，使其在高温、高速射流中完全气化，然后在基体形成具有羽-柱状微纳结构的纳米二氧化钛涂层。