二氧化钛光催化涂层及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种二氧化钛光催化涂层的制备方法，包括以下步骤：a、获取混合有纳米TiO2粉体的TiO2溶胶，作为喷涂浆料；b、将喷涂浆料喷涂在基材表面，经多级热处理工艺处理后，降温、后处理，得到二氧化钛光催化涂层。本发明专利技术所述的二氧化钛光催化涂层的制备方法，应用广泛，可用于在钛管、不锈钢网等多种基材上制备二氧化钛涂层，获得的二氧化钛光催化涂层能大幅提高光催化杀菌效率，以及涂层的结合强度，保持较长的使用寿命，用于水体净化、空气净化等与人们生活息息相关的重要领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光催化涂层
，特别涉及一种二氧化钛光催化涂层的制备方法，以及由该制备方法获得的二氧化钛光催化涂层。
技术介绍
随着工业化进程的发展，无论是地表水源还是地下水源，其污染都日趋严重，并呈现由单一污染源的简单污染向多种污染源的复杂污染转变的态势，特别是环境内分泌干扰素等新型化学污染的出现，使得污染种类更为复杂，虽然国家持续加大对水污染的治理力度，但短期内很难有明显改观；另外，随着生活水平的不断提高，人民对用水品质的要求越来越高，而传统水处理、杀菌技术已无法满足对水体杀菌消毒的要求。传统杀菌技术包括药剂杀菌和物理杀菌，药剂杀菌如使用氯或臭氧杀菌存在由于药剂过量导致的二次危害，及具有致癌性的消毒副产物，并对部分病毒或细菌无灭杀效果；物理杀菌如使用紫外线辐照杀菌存在细菌的光复活现象，也存在对部分病毒和细菌的无灭杀效果。近年来蓬勃发展的反渗透膜清洗技术(RO技术)，已成为家用净水器的主流，是目前最安全的净水技术，但是RO技术会产生大量废水，造成水资源浪费，而且这种只截留不灭杀的纯物理过滤技术容易造成二次污染，且制得的纯水不保留任何营养元素，长期饮用也不利于人体健康。光催化技术能够对卤代脂肪烃、卤代芳烃、有机酸类、硝基芳烃、取代苯胺、多环芳烃、杂环化合物、其他烃类、酚类、染料、表面活性剂、农药等大多有机污染物以及无机污染物有效地进行光催化反应，最终生成H2O、CO2和无机盐，实现对污染物的无害化处理，在水处理应用时还具有能耗低，稳定性好，操作简便，对人体无害，并可有效防止二次污染带来的危害等优点，是极具发展前途的一种水处理技术，在环境领域有着重要的应用前景。二氧化钛因具有良好的光化学特性，成为目前光催化技术发展的主要方向，二氧化钛在紫外光的辐照激发下，能够在水中产生活性氧和羟基自由基等具有高氧化能力的物质，对病毒、细菌和有机污染物分解灭杀没有选择性，且不产生废水，不产生二次污染，再结合前端过滤技术，还能够去除水体中各种杂质、重金属离子等污染物，提供安全健康的用水。目前在二氧化钛光催化剂的使用方面，一般常采用悬浮态和固定态，悬浮态净化效率高，但存在回收难度大的缺点；固定态避免了催化剂的流失，但净化效率相对较低。固定技术主要包括粉末烧结法和溶胶-凝胶法两种，粉末烧结法能够制备活性较高的成品二氧化钛粉末，但粉末状的二氧化钛光催化剂易脱落，制约了其应用前景；溶胶-凝胶法制备的二氧化钛光催化剂镀膜牢固性较好，但活性较差；因此目前制约光催化技术应用的核心技术是二氧化钛光催化剂的镀膜，如何提高光催化活性的同时保证其结合强度。
技术实现思路
为解决现有技术中存在的不足，本专利技术提供了一种具有高结合强度和高催化活性的二氧化钛光催化涂层的制备方法。为实现上述目的，本专利技术的二氧化钛光催化涂层的制备方法，包括以下步骤：a、获取混合有纳米TiO2粉体的TiO2溶胶，作为喷涂浆料；b、将喷涂浆料喷涂在基材表面，经多级热处理工艺处理后，降温、冲洗、晾干，得到二氧化钛光催化涂层；所述多级热处理工艺包括：先在50-150℃下热处理20-40min，然后在150-300℃下热处理10-30min，最后在300-400℃下热处理10-20min。为获得二氧化钛光催化涂层的高催化活性同时兼具高结合强度，本专利技术采用混合有纳米TiO2粉体的TiO2溶胶作为喷涂浆料，以提高喷涂浆料中活性物质TiO2的浓度，防止因制备操作对TiO2浓度损失的影响造成的光催化活性降低，同时，为配合高浓度含量下TiO2浆料在基体表面的结合牢固性，特别限定由三级不同温度下的热处理组成的多级热处理工艺，通过各级温度下对二氧化钛光催化涂层依次进行处理，经第一级50-150℃下热处理20-40min，主要去除涂层中的水分，再经第二级150-300℃下热处理10-30min，主要去除有机溶液的残留，最后经第三级300-400℃下热处理10-20min，使镀层固定化，激活镀膜形成TiO2催化剂。多级热处理过程使涂层与基材之间的结合作用不断转化，最终达到最佳的结合强度，同时，在热处理过程促使涂层内粉体态TiO2与溶胶态TiO2各自及相互间的物理、化学变化，激发涂层的光催化活性，从而使二氧化钛光催化涂层具有高结合强度和高催化活性。作为对上述方式的限定，所述多级热处理工艺包括：所述多级热处理工艺包括：先在100-130℃下热处理30min，然后在200-250℃下热处理20min，最后在330-370℃下热处理15min。进一步优化多级处理工艺中各级热处理的温度和时间，使涂层更牢固结合，充分激发涂层的光催化活性，进而提高二氧化钛光催化涂层的使用稳定性和催化活性。作为对上述方式的限定，所述步骤a包括以下步骤：a1、配制有机溶剂与水的混合溶剂，加入钛源前驱体，搅拌均匀，形成均相TiO2溶胶；所述钛源前驱体与有机溶剂、水的摩尔比为1:(1-6):(1-8)；a2、将步骤a1获得的均相TiO2溶胶用水稀释至1-4倍，然后加入纳米TiO2粉体和表面活性剂，搅拌均匀，得到喷涂浆料；所述纳米TiO2粉体的加入量为每1LTiO2溶胶稀释液加入30g纳米TiO2粉体，所述表面活性剂的加入量为纳米TiO2粉体加入量的0.1-2％。向稀释后的均相TiO2溶胶中加入TiO2粉体时，通过同时加入表面活性剂，促进粉体的高度分散，为后续喷涂过程提供均匀的浆料，以获得更高的光催化活性。作为对上述方式的限定，步骤a1中所述钛源前驱体与有机溶剂、水的摩尔比为1:(2-4):(3-6)。作为对上述方式的限定，步骤a1中所述有机溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮中的至少一种；所述钛源前驱体为四氯化钛、硫酸钛、有机醇氧钛中的至少一种，所述有机醇氧钛为钛酸四异丙酯、钛酸正丁酯的至少一种。作为对上述方式的限定，步骤a2中所述将步骤a1获得的均相TiO2溶胶用水稀释至1-2倍，所述表面活性剂的用量为纳米TiO2粉体质量的0.1-1％。作为对上述方式的限定，步骤a2中所述纳米TiO2粉体为锐钛型TiO2或锐钛型TiO2与金红石型TiO2的混合物，所述锐钛型TiO2与金红石型TiO2的混合物中锐钛型TiO2的质量含量不低于70％；所述表面活性剂为阳离子纤维素、六偏磷酸钠、十二烷基苯磺酸钠、异丁基磺酸钠、双硬酯酸聚乙醇醚中的至少一种。作为对上述方式的限定，所述步骤b中喷涂过程的喷涂速度0.4-0.6m/s，气压压力0.45-0.55MPa。限定喷涂速度和气压压力，以获得更均匀涂覆的二氧化钛涂层，进而获得更高的光催化活性。同时，本专利技术还提供了一种二氧化钛光催化涂层，由如上所述的二氧化钛光催化涂层的制备方法制得。综上所述，采用本专利技术的技术方案，在制备方法中通过将纳米TiO2粉体加入TiO2溶胶，提高喷涂浆料中活性物质TiO2的浓度，并配合高浓度TiO2浆料增加在基体表面的结合性，特别限定多级热处理工艺的处理，获得了兼具高结合强度和高催化活性的二氧化钛光催化涂层。本专利技术的制备方法应用广泛，可用于在钛管、不锈钢板、不锈钢丝网等多种基材上制备二氧化钛涂层，获得的二氧化钛光催化涂层能大幅提高光催化杀菌效率，以及涂层的结合强度，保持较长的使用寿命，可用于水体净化、空气净化等与人们生活息息相关的重要领域。具体实施方式实施例一本实施例涉及在基材上涂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二氧化钛光催化涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：a、获取混合有纳米TiO2粉体的TiO2溶胶，作为喷涂浆料；b、将喷涂浆料喷涂在基材表面，经多级热处理工艺处理后，降温、冲洗、晾干，得到二氧化钛光催化涂层；所述多级热处理工艺包括：先在50‑150℃下热处理20‑40min，然后在150‑300℃下热处理10‑30min，最后在300‑400℃下热处理10‑20min。

【技术特征摘要】
1.一种二氧化钛光催化涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：a、获取混合有纳米TiO2粉体的TiO2溶胶，作为喷涂浆料；b、将喷涂浆料喷涂在基材表面，经多级热处理工艺处理后，降温、冲洗、晾干，得到二氧化钛光催化涂层；所述多级热处理工艺包括：先在50-150℃下热处理20-40min，然后在150-300℃下热处理10-30min，最后在300-400℃下热处理10-20min。2.根据权利要求1所述的二氧化钛光催化涂层的制备方法，其特征在于，所述多级热处理工艺包括：先在100-130℃下热处理30min，然后在200-250℃下热处理20min，最后在330-370℃下热处理15min。3.根据权利要求1所述的二氧化钛光催化涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤a包括以下步骤：a1、配制有机溶剂与水的混合溶剂，加入钛源前驱体，搅拌均匀，形成均相TiO2溶胶；所述钛源前驱体与有机溶剂、水的摩尔比为1:(1-6):(1-8)；a2、将步骤a1获得的均相TiO2溶胶用水稀释至1-4倍，然后加入纳米TiO2粉体和表面活性剂，搅拌均匀，得到喷涂浆料；所述纳米TiO2粉体的加入量为每1LTiO2溶胶稀释液加入30g纳米TiO2粉体，所述表面活性剂的加入量为纳米TiO2粉体加入量的0.1-2％。4.根据权利要求3所述的二氧化钛光催...

【专利技术属性】
技术研发人员：靳艳涛，刘国强，冯丽英，刘卉娟，张军，庞淑昌，王秀杰，
申请(专利权)人：河北保定太行集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：河北;13