[发明专利]一种负载纳米二氧化钛的泡沫镍及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种负载纳米二氧化钛的泡沫镍及其制备方法和应用，属于光催化材料领域。本发明采用喷涂的方法在泡沫镍基体上负载一层含有二氧化钛和硅酸盐的液膜，然后再通过酸处理和碱处理，使得该液膜形成老化硅胶。最终得到的硅胶呈多孔状，二氧化钛颗粒一方面具有较多的暴露面积，另一方面也能够被老化硅胶牢固地固定在泡沫镍表面，既保证了光催化效率又提高了两者的结合力。

技术领域

本发明属于光催化材料领域，具体涉及一种负载纳米二氧化钛的泡沫镍及其制备方法和应用。

背景技术

二氧化钛以其优异的光催化性能得到越来越多的科学家的重视，但由于其自身的缺陷，它在生活中的应用仍然受到很大的限制。

首先，虽然二氧化钛光催化剂有着较好的光催化活性，但是二氧化钛在实际使用时，目前所制备的二氧化钛光催化剂主要有粉末和薄膜两种。粉末二氧化钛对固液过程存在易团聚和反应后难回收的问题；对气固过程则存在易堵塞，传质阻力高的弊端，采用薄膜二氧化钛可以有效地解决这一问题，但目前采用的载体如玻璃球、多孔陶瓷等均存在接触面积小、光电子利用率低等问题，因此寻找合适的催化剂载体对二氧化钛进行负载是影响二氧化钛光催化技术能否实际应用的关键问题；

其次，负载型二氧化钛存在载体与二氧化钛薄膜粘结的牢固性不够，重复使用率低的缺点，为此，需要解决二氧化钛薄膜与固载载体的粘着性差的问题。

为增大二氧化钛在载体上的接触面积，提高光电子的利用率，现有技术中提出了泡沫镍，它是将金属镍制成泡沫海绵状，具有三维全贯通网孔结构。泡沫镍的比表面积极大，纳米二氧化钛负载在泡沫镍表面，表面接触面积大，在紫外光源照射下，具有良好的光催化活性。但是，二氧化钛和泡沫镍存在结合强度不高的问题，二氧化钛颗粒容易从泡沫镍上脱落。

为了增大二氧化钛和泡沫镍的结合力，增大负载量，从而提高二氧化钛的光催化活性，现有技术中在泡沫镍和催化剂之间添加有机粘结剂是一种常用手段，但由于粘结剂对二氧化钛颗粒的包裹，导致二氧化钛几乎失去了光催化活性；此外引入中间层的研究也是一种常用的手段，如上海交通大学的上官文峰实验组先后在泡沫镍上以凝胶-溶胶法浸涂制得Al₂O₃薄膜(无机材料学报，2007,22(2)：363-368)、3Al₂O₃·2SiO₂薄膜(稀有金属材料与工程，2008,37(2)：143-147)、SiO₂薄膜(上海交通大学学报，2009,37(2)：143-147)作为中间层，进而负载二氧化钛以提高其光催化性能，但在上述方法中，中间层的获得是将前驱体溶液直接浸涂到泡沫镍上的，所得的中间层厚度有限，多孔性不够。一方面，中间层与泡沫镍之间的结合力较差；另一方面，中间层与后续二氧化钛涂层的结合力较差，同时大大限制了后续二氧化钛的负载量，对光催化活性的增强效果也并不明显。此外，此种方法存在制备过程复杂，商用价值不高等缺点。

另外，刘燕辉等(应用化工,2009,38(1):79-82)为了解决二氧化钛被粘接剂包裹导致暴露不足的问题，提供了一种先涂覆硅溶胶，然后再通过浸涂或喷涂方式负载二氧化钛颗粒的方法。该方法虽然能够在一定程度上避免二氧化钛被包裹的问题，但该方法的二氧化钛粘结力不足，当这种材料置于长期曝气或者超声的环境下，容易出现二氧化钛脱落，造成光催化失效。

因此，如何在保证二氧化钛光催化活性的同时提高其在泡沫镍上的结合强度，是亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于解决二氧化钛与固载载体的结合强度差、光催化效率不足的问题，并提供一种负载纳米二氧化钛的泡沫镍制备方法。

本发明所采用的具体技术方案如下：

一种负载纳米二氧化钛的泡沫镍制备方法，其步骤如下：

S1：将纳米二氧化钛、分散剂、硅酸盐和稀释剂混合后，超声分散，得到均一的分散液；