一种图形化光催化膜的制备方法技术

本次发明专利技术公开了一种图形化光催化膜的制备方法，包括将高分子聚合物溶于良溶剂中，搅拌完全均匀溶解，得到高分子溶液；将硅烷偶联剂和光催化剂粉体依次加入到高分子溶液中，搅拌均匀得到覆膜浆料；用预制好特定图案的滚轴，在印染设备上将覆膜浆料印染到衬底表面，得到带光催化剂图案的膜；将带光催化剂图案的膜烘干得到图形化光催化膜。本发明专利技术制造的光催化膜兼顾负载稳定性、催化活性、以及美观性，兼容工业印染设备，可定制各式图案满足个性化美观需求，具有良好的机械性能和抗腐蚀性能，能够最大限度利用催化剂，维护经济性优异，满足光催化微污染水体和空气治理的实用化要求。光催化微污染水体和空气治理的实用化要求。

【技术实现步骤摘要】
一种图形化光催化膜的制备方法


[0001]本专利技术属于光催化
，具体涉及一种图形化光催化膜的制备方法。

技术介绍

[0002]在有污水管网接入的地方，例如工业和城市生活排污，污水主要通过进入污水处理厂进行生物降解，然而对于未接入污水管网的微污染水体，主要通过打捞、吸附、化学药剂等传统方法进行处理。打捞、吸附和过滤等物理治理法操作简单，但无法降解水体中的有机污染物，且不能长期维持；化学药剂等化学治理法短期内见效明显，但容易造成二次污染，且不能长期维持。对于此类微污染水体，一直缺乏长期有效的原位治理技术。
[0003]自1972年FUJISHIMA和HONDA发现纳米TiO2的光催化效应以来，各种光催化粉体材料被相继开发出来，在太阳能光催化微污染治理领域被寄予厚望。光催化技术是一种高级氧化技术，通过具有合适能级结构的半导体催化剂吸收光子，分别在导带和价带处产生电子和空穴，电子、空穴进一步分别与氧气、水分子反应产生高活性超氧(O2‑
·
)和羟基(OH
·
)自由基，以深度降解有机物。在实际应用中，一般须将TiO2光催化剂粉体负载在基材上制成光催化网，铺设于水面上，使之同时能接受光照以及与水体接触，避免催化剂散落的二次污染。光催化网仅仅依靠太阳能即可降解主要污染物，避免化学药剂的使用，在无污水管网的微污染水体的原位治理中极具潜力。
[0004]然而，目前光催化网的制造工艺都是采用粘接剂将催化剂粉末粘接于多孔网基材上。在这个过程中，如果粘接剂量不足会导致催化剂脱落失效和二次污染，如果粘接剂过量会导致催化剂被包裹而失效。换而言之，兼顾负载稳定性和催化活性的光催化网成型工艺，即催化剂粉末在网基材上实现部分镶嵌、部分暴露的负载工艺，是限制光催化技术走向实用化的最大障碍。因此，亟需突破合适的催化剂粉体负载工艺。此外，目前的光催化网都是长条形状，铺设在水体中无美感，破坏整体环境美观。因此，在光催化网制造过程中，还需融入美观设计。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种可兼顾负载稳定性、催化活性、以及美观性，兼容工业印染设备，可定制各式图案满足个性化美观需求，具有良好的机械性能和抗腐蚀性能，能够最大限度利用催化剂，维护经济性优异，满足光催化微污染水体和空气治理的实用化要求的图形化光催化膜的制备方法。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0007]步骤1，按100：(50～200)的质量比将高分子聚合物溶于良溶剂中，搅拌完全至均匀溶解，得到高分子聚合物溶液；
[0008]步骤2，按(1～20)：(10～50)：100的质量比将硅烷偶联剂和光催化剂粉体依次加入到高分子聚合物溶液中，搅拌均匀得到覆膜浆料；
[0009]步骤3，用预制好所需图案的滚轴，在印染设备上将覆膜浆料印染到衬底表面，得
到带光催化剂图案的膜；
[0010]步骤4，将带光催化剂图案的膜烘干得到图形化光催化膜。
[0011]所述步骤1)的高分子聚合物为聚氨酯(PU)、聚苯乙烯(PS)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚酰亚胺(PI)、聚氯乙烯(PVC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、乙烯
‑
醋酸乙烯共聚物(EVA)、尼龙(Nylon)、聚碳酸酯(PC)、聚甲醛树脂(POM)、聚苯醚(PPO)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚砜(PES)、聚亚苯基砜(PSU)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚醚酮酮(PEEKK)、聚偏氟乙烯(PVDF)中的一种或其混合物。
[0012]所述步骤1)的良溶剂为高分子聚合物对应使用的具有良好溶解性的有机溶剂N,N
‑
二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)、N
‑
甲基吡咯烷酮(NMP)、三氯甲烷、四氢呋喃、甲苯、丙酮、乙酸乙酯、甲酸中的一种或其混合物。
[0013]所述步骤2)的硅烷偶联剂为用于连接光催化剂粉体和高分子聚合物的KH550、KH560、KH570或MPTS。
[0014]所述步骤2)的光催化剂为颗粒尺寸在10～500nm的具有光催化性能的纳米半导体材料TiO2、ZnO、SnO2、WO3、CeO2、Fe2O3、Ta2O5、Nb2O5、LaTiO3、SrTiO3、BiVO4、BiWO3、C3N4及其掺杂和复合材料。
[0015]所述步骤3)预制好所需图案的滚轴为预制在印染滚轴上的各种几何图形倒模，用于制造所需图案的光催化膜。
[0016]所述步骤3)的衬底包括网眼尺寸小于5mm的布衬底、塑料网衬底、金属网衬底或玻璃纤维网衬底。
[0017]所述步骤4)的烘干温度为50～150℃。
[0018]进一步的，将得到的图形化光催化膜进行裁剪、打孔和拼接，获得任意形状用于在微污染水体和空气治理应用环境中铺设的大面积光催化膜阵列。
[0019]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0020]1、现有的光催化网的制造都是采用粘接剂将催化剂粉末粘接于多孔网基材纤维上，容易导致脱落或包裹失效。本专利技术通过将催化剂粉体、偶联剂与高分子聚合物混合，直接在网基材上牢固覆膜成型，催化剂粉体在高分子聚合物膜中均匀稳定镶嵌，同时又能充分暴露，兼顾负载稳定性和催化活性，满足光催化的实用化要求。
[0021]2、现有的光催化网的制造需要复杂的机械加工流水线，本专利技术覆膜过程在室温下进行，无需使用粘接剂，无需高温烧结，制造工艺简单，兼容现有的工业印染设备，便于量产。同时，对不同催化剂粉体的种类和颗粒尺寸有良好的适应性。
[0022]3、现有的光催化网都是长条形状，大规模在城市铺设在水体中无美感，影响市容市貌。本专利技术的光催化膜是通过工业印染设备覆膜到网基材上，可定制各式图案满足个性化美观需求。
[0023]4、由于各类网基材长期泡入水中都会产生一定程度的形变，现有的粘接工艺在网基材发生形变时，催化剂粉体容易因应力导致脱落。本专利技术的光催化膜具有一定的弹性，具有良好的机械性能和抗腐蚀性能，长期浸泡在水中不易因微小的形变而脱落和破裂，能适应多种恶劣的工况而保持长效稳定性。
[0024]5、现有的粘接工艺会将大量的催化剂粉体置于网基材纤维的侧面和底部，甚至堆叠在一起，无法接受光照。本专利技术的光催化膜是覆盖在网基材表面，使催化剂尽可能平铺，
有效保证绝大多数催化剂都接受光照，最大限度提高催化剂的利用率。
[0025]6、现有的光催化网维护，一般是通过冲洗表面，冲洗力度过小无法将网基材纤维(催化剂在涂敷纤维表面)清洗干净，冲洗力度过大会导致催化剂脱落。本专利技术的光催化膜是覆盖在整个网基材的表面，而非在纤维上，仅需简单的小力度冲洗即可完成清洗维护且催化剂负载牢固不易脱落，维护经济性优异。
附图说明
[0026]图1是本专利技术实施例1和2制备的不同布衬底上不同种类光催化剂的光催化膜的实物照片；
[0027]图2是本专利技术实施例1制备的光催化膜的扫描电子显微镜照片；<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种图形化光催化膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1，按100：(50～200)的质量比将高分子聚合物溶于良溶剂中，搅拌完全至均匀溶解，得到高分子聚合物溶液；步骤2，按(1～20)：(10～50)：100的质量比将硅烷偶联剂和光催化剂粉体依次加入到高分子聚合物溶液中，搅拌均匀得到覆膜浆料；步骤3，用预制好所需图案的滚轴，在印染设备上将覆膜浆料印染到衬底表面，得到带光催化剂图案的膜；步骤4，将带光催化剂图案的膜烘干得到图形化光催化膜。2.根据权利要求1所述的图形化光催化膜的制备方法，其特征在于，所述步骤1)的高分子聚合物为聚氨酯(PU)、聚苯乙烯(PS)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚酰亚胺(PI)、聚氯乙烯(PVC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、乙烯
‑
醋酸乙烯共聚物(EVA)、尼龙(Nylon)、聚碳酸酯(PC)、聚甲醛树脂(POM)、聚苯醚(PPO)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚砜(PES)、聚亚苯基砜(PSU)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚醚酮酮(PEEKK)、聚偏氟乙烯(PVDF)中的一种或其混合物。3.根据权利要求1所述的图形化光催化膜的制备方法，其特征在于，所述步骤1)的良溶剂为高分子聚合物对应使用的具有良好溶解性的有机溶剂N,N
‑
二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)、N<...

【专利技术属性】
技术研发人员：沙祖怡，杨亚威，祝本欣，林子妍，黄睿龙，李彤辉，王日尧，张承宇，韩钟基，王瑞，何建成，马勇，阙文修，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：