專利名稱：多層多孔活性復(fù)合TiO的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種活性復(fù)合TiO2光催化劑薄膜制備技術(shù)，特別涉及在活性炭，炭纖維，多孔金屬和非金屬，以及非多孔金屬和非金屬載體表面，制備多層多孔具有活性炭吸附性能的活性復(fù)合TiO2光催化劑薄膜的方法。
背景技術(shù)：
研究表明，采用TiO2光催化氧化處理空氣中的污染物及有機(jī)成分，具有很大的潛在應(yīng)用價(jià)值。但是，普通加工的TiO2納米粒子的光生電子——空穴對(duì)的復(fù)合率很高，導(dǎo)致應(yīng)用的光催化劑活性較低。同時(shí)納米粒子體積小，實(shí)際應(yīng)用中也很難回收重復(fù)利用。這些都阻止礙了光催化材料的應(yīng)用推廣。
將TiO2光催化劑的納米粒子制備成薄膜，負(fù)載于金屬或非金屬載體材料表面，可以擴(kuò)大其應(yīng)用范圍，這已引起世界各國(guó)的興趣并得到認(rèn)可。日本名古屋材料公司將TiO2光催化劑納米粒子以粘膠方法負(fù)載到炭纖維、活性炭及其它多孔材料上，提高了TiO2光催化劑的應(yīng)用范圍。上海華東理工大學(xué)采用粘結(jié)技術(shù)，將納米TiO2粒子與載體材料粘結(jié)應(yīng)用到光催化空氣凈化器上。福建萬利達(dá)光催化公司與福州大學(xué)聯(lián)合，將固體超強(qiáng)酸處理制備的納米TiO2光催化劑，以液相沉積方式將其與活性炭纖維多孔載體材料結(jié)合，烘干后使用于高活性光催化空氣凈化器上。
福州大學(xué)采用化學(xué)溶膠工藝，微波干燥和固體超強(qiáng)酸處理的活性光催化納米粒子，采用液相沉積方式將其負(fù)載于炭纖維及多孔材料的表面，可以較好的應(yīng)用于空氣凈化設(shè)備。TiO2光催化納米薄膜是致密的納米膜，為提高其吸附效果，以前的工藝基本上是添加聚乙二醇，采用加熱使其揮發(fā)制備多孔膜。中國(guó)專利021392749報(bào)道了在TiO2光催化溶膠中添加聚乙二醇及糊化淀粉，可以形成理想的多孔光催化膜。但是這些技術(shù)的改良還不盡人意，其納米光催化粒子無論是用粘結(jié)工藝還是用沉積工藝，與載體結(jié)合都不牢固，并且活性和應(yīng)用范圍及重復(fù)使用周期均受到影響。
因此，如何使復(fù)合TiO2光催化納米粒子與載體材料牢固的結(jié)合，而且在氣流沖蝕和水流沖刷條件下仍保持復(fù)合TiO2納米粒子的光催化活性，并且納米光催膜具備理想的孔徑，多孔炭結(jié)構(gòu)及很好的吸附性能是目前研究者們努力的目標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種適宜于空氣凈化設(shè)備使用的活性復(fù)合TiO2光催化材料的制備方法。制備的活性復(fù)合TiO2光催化劑材料，具備高吸附性及光催化活性，薄膜與載體材料結(jié)合強(qiáng)度高本發(fā)明的多層多孔活性復(fù)合TiO2光催化劑的制備方法，是采用化學(xué)溶膠工藝對(duì)復(fù)合TiO2溶膠進(jìn)行稀土金屬離子摻雜或貴金屬離子摻雜，并摻加炭前軀體——糊化淀粉液及造孔劑——聚乙二醇，配成改性TiO2溶膠，將該溶膠多次負(fù)載于活性炭或金屬或非金屬載體材料表面，形成凝膠后多次進(jìn)行固體超強(qiáng)酸處理，微波干燥處理，常規(guī)加熱爐密閉高溫處理后，再經(jīng)微波燒結(jié)處理，制成所需的多層多孔活性復(fù)合TiO2光催化劑。該光催化劑與載體結(jié)合牢固為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的多層多孔活性復(fù)合TiO2光催化劑的制備方法，步驟是本發(fā)明的一種多層多孔活性復(fù)合TiO2光催化劑制備方法，以活性炭顆粒或炭纖維或金屬多孔材料或非金屬多孔材料作載體，其制備步驟為第1、取活性炭顆?；蛱祭w維或金屬多孔材料或非金屬多孔材料，潔凈去油去污后，干燥備用；第2、取分析純無水乙醇，加入分析純冰醋酸，硝酸，聚乙二醇和硝酸鈰或硝酸鑭或硝酸銀，共混勻后，加入TiO2前軀體鈦酸丁脂，共混均勻得溶膠；第3、將步驟2所得到的溶膠分為數(shù)份，取其1份溶膠加入去離子水浸漬或涂刷于步驟1所得到的干燥載體材料表面，存放待溶膠凝結(jié)后，置于5wt％～10wt％的稀釋硫酸液內(nèi)浸泡1～3小時(shí)，取出置于微波爐內(nèi)在300℃～500℃干燥，然后，再每次取余下的溶膠1份加入去離子水浸漬或涂刷于前一次經(jīng)處理和干燥后的載體，并按前一次工序工藝處理，按如此工序工藝處理3～6次后，即在載體表面形成多層負(fù)載薄膜；第4、將步驟3所得到的負(fù)載有多層薄膜的載體置于爐內(nèi)在450℃～650℃處理1～3小時(shí)，取出急冷卻后，置于微波爐內(nèi)在600℃～700℃范圍內(nèi)，低于載體熔化溫度下燒結(jié)1～5分鐘，即得到多層多孔活性復(fù)合TiO2光催化劑；其中所述的硝酸鈰或硝酸鑭或硝酸銀在溶膠內(nèi)摻雜量為鈦酸丁脂添加質(zhì)量的0.2～1.2％，增孔劑聚乙二醇的加入量為鈦酸丁脂加入量體積的0.2％～3％，無水乙醇加入量與鈦酸丁脂加入量的體積比為2～4∶1，冰醋酸加入量與鈦酸丁脂加入量的體積比為0.1∶1。硝酸加入量與鈦酸丁脂加入量的體積比為0.06∶1，去離子水加入量與鈦酸丁脂加入量的體積比為0.1∶1。
所述的金屬多孔材料為海綿鈦，泡沫鎳，多孔氧化硅和多孔氧化鋁。
所述的非金屬多孔材料為泡沫磚，泡沫陶瓷，和硅藻土。
本發(fā)明的另一種活性復(fù)合TiO2光催化劑制備方法，以非多孔金屬或非金屬材料作載體，其制備步驟為第1、將載體材料潔凈去油去污后，干燥備用；
第2、將可溶性淀粉與去離子水按5-20∶95-80重量比例配料，攪拌加熱使其糊化，得糊化淀粉液，冷卻密封備用；第3、取分析純無水乙醇，加入分析純冰醋酸，硝酸，聚乙二醇和硝酸鈰或硝酸鑭或硝銀，共混均勻后，加入TiO2前軀體鈦酸丁脂，共混均勻得溶膠；第4、將步驟3所得到的溶膠分為數(shù)份，取其1份溶膠加入步驟2所得到的糊化淀粉液，混勻后，浸漬或涂刷于步驟1所得到的干燥載體材料表面，待溶膠凝結(jié)后，置于5wt％～10wt％的稀釋硫酸液內(nèi)浸泡1～3小時(shí)，取出，置于微波爐內(nèi)在300℃～500℃干燥，然后，再每次取余下的溶膠1份加入步驟2所得到的糊化淀粉液，混勻后，浸漬或涂刷于前一次經(jīng)處理和干燥后的載體，并按前一次工序工藝處理，按如此工序工藝處理3～6次后，即在載體表面形成多層負(fù)載薄膜；第5、將步驟4所得到的負(fù)載有多層薄膜的載體置于爐內(nèi)隨爐升溫，在450℃～650℃處理1～3小時(shí)后，隨爐降溫，取出后置于微波爐內(nèi)在600℃～700℃范圍內(nèi)，低于載體熔化溫度下燒結(jié)1～5分鐘，用金屬材料作載體時(shí)，在300℃～500℃溫度下，真空處理10分鐘，即得到活性復(fù)合TiO2光催化劑；其中所述的硝酸鈰或硝酸鑭或硝酸銀在溶膠內(nèi)摻雜量為鈦酸丁脂添加質(zhì)量的0.2～1.2％，增孔劑聚乙二醇的加入量為鈦酸丁脂加入量體積的0.2％～3％，無水乙醇加入量與鈦酸丁脂加入量的體積比為2～4∶1，冰醋酸加入量與鈦酸丁脂加入量的體積比為0.1∶1。硝酸加入量與鈦酸丁脂加入量的體積比為0.06∶1，所述的糊化淀粉液的加入量與鈦酸丁脂的體積比為1％～20％，其糊化淀粉液內(nèi)可溶性淀粉含量為5％～20％wt。
其中所述的非多孔金屬材料為鈦，鋁，銅，不銹鋼和鋅。
所述的非多孔非金屬材料為玻璃片，玻璃纖維，板狀氧化鋁陶瓷，顆粒氧化鋁陶瓷，顆粒氧化硅陶瓷和顆粒氧化鈦陶瓷。
所述的糊化淀粉液是將可溶性淀粉與去離子水按5-20∶95-80重量比例。加熱到沸騰條件下糊化制得。
所述的微波加熱設(shè)備為家用普通型或一般工業(yè)用微波爐。所述的硫酸稀釋液用分析純濃硫酸與去離子水配制，硫酸濃度為5wt％～10wt％。
本發(fā)明所用的試劑均為市售分析純?cè)噭?br> 具體實(shí)施例方式實(shí)施例1以活性炭顆粒為載體制備多層多孔活性復(fù)合TiO2光催化劑，其方法步驟為1、取活性炭2000克放入去離子水內(nèi)，加溫60-100℃浸泡10小時(shí)，濾水，真空干燥備用；2、取分析純無水乙醇2000ml，加入冰醋酸50ml，加入分析純硝酸30ml，加入分子量2000的聚乙二醇1克，加入硝酸銀1克，攪拌分散3小時(shí)，加入分析純鈦酸丁脂500ml，共混均勻，得溶膠，分為4份均量溶膠備用；3、取步驟2所得的溶膠1份，加入去離子水15ml共攪拌均勻5分鐘，加入步驟1潔凈干燥后的活性炭顆粒載體材料，共攪拌均勻，放置3小時(shí)，置于氧化鋁陶瓷坩堝內(nèi)，置于家用微波爐內(nèi)，在500℃溫度下處理5分鐘，停爐取出，置于5wt％硫酸稀釋液2000ml內(nèi)，浸泡1小時(shí)后，置于微波爐內(nèi)在500℃溫度干燥5分鐘；4、取步驟2所得的溶膠1份，加入去離子水15ml，共攪拌5分鐘，與步驟3所得的干燥料共混勻，按步驟3工序工藝處理后冷卻備用；5)取步驟2所得的溶膠1份，加入去離子水15ml，共攪拌5分鐘，與步驟4所得的干燥料共混勻，按步驟3工序工藝處理后冷卻備用；6取取步驟2所得的溶膠1份，加入去離子水15ml，共攪拌5分鐘，與步驟5所得的干燥料共混勻，按步驟3工序工藝處理后冷卻備用；7將步驟6所得的干燥料置于普通加熱爐內(nèi)在550℃條件下，保溫1.5小時(shí)，取出急冷后，置于微波爐內(nèi)在600℃-700℃保溫2-3分鐘，取出急冷，即制得多層多孔活性復(fù)合TiO2光催化劑。
實(shí)施例2以非多孔金屬不銹鋼網(wǎng)作載體制備多層多孔活性復(fù)合TiO2光催化劑，其制備步驟為1、取不銹鋼網(wǎng)(60目)卷筒2m2，按金屬潔凈工藝去油去污處理，干燥備用；取可溶性淀粉20克加入去離子水80ml，共攪勻，再加入去離子水400ml，加熱100℃沸騰糊化，得500ml糊化溶液，冷卻后備用；取分析純硫酸100ml加入去離子水1900ml配制2000ml硫酸稀釋液備用；2、取分析純無水乙醇1000ml，加入冰醋酸50ml，加入分析純硝酸30ml，加入分子量2000的聚乙二醇1克，加入硝酸鈰1克，攪拌分散3小時(shí)，加入分析純鈦酸丁脂500ml，共混混勻冷卻后，分為6份備用；3、取步驟2所得的溶膠1份，加入糊化淀粉液15ml，共攪勻5分鐘后，浸漬涂刷于不銹鋼網(wǎng)上，放置2小時(shí)，溶膠變?yōu)槟z，置于硫酸稀釋液內(nèi)1小時(shí)，取出，于真空箱內(nèi)真空干燥；4、取步驟2所得的溶膠1份，加入糊化淀粉液15ml，共攪勻5分鐘后，浸漬涂刷于不銹鋼網(wǎng)上，放置2小時(shí)，溶膠變?yōu)槟z連網(wǎng)，置于硫酸稀釋液內(nèi)1小時(shí)，取出。于真空箱內(nèi)加溫200℃真空干燥；5、取步驟2所得的溶膠1份，加入糊化淀粉液15ml，共混勻5分鐘后，浸漬涂刷于步驟4所得的工件表面，按步驟4工序工藝進(jìn)行加工處理；
6、取步驟2所得的溶膠1份，加入糊化淀粉液15ml，共混勻5分鐘后，浸漬涂刷于步驟5所得的工件表面，按步驟4工序工藝進(jìn)行加工處理；7、取步驟2所得的溶膠1份，加入糊化淀粉液15ml，共混勻5分鐘后，浸漬涂刷于步驟6所得的工件表面工件表面，按步驟4工序工藝進(jìn)行加工處理；8、取步驟2所得的溶膠1份，加入糊化淀粉液15ml，共混勻5分鐘后，浸漬涂刷于步驟7所得的工件表面工件表面，按步驟4工序工藝進(jìn)行加工處理；9、取步驟8所得的工件置于高溫加熱爐內(nèi)于隨爐升溫到550℃，保溫2小時(shí)，隨爐降溫取出，即制得多層多孔活性復(fù)合TiO2光催化劑。
權(quán)利要求
1.一種活性復(fù)合TiO2光催化劑制備方法，其特征是以活性炭顆?；蛱坷w維或金屬多孔材料或非金屬多孔材料作載體，其制備步驟為第1、取活性炭顆?；蛱祭w維或金屬多孔材料或非金屬多孔材料，潔凈去污后，干燥備用；第2、取分析純無水乙醇，加入分析純冰醋酸，硝酸，聚乙二醇和硝酸鈰或硝酸鑭或硝銀，共混勻后，加入TiO2前軀體鈦酸丁脂，，共混均勻得溶膠；第3、將步驟2所底得到的溶膠分為數(shù)份，取其1份溶膠加入去離子水浸漬或涂刷于步驟1所得到的干燥載體材料表面，存放待溶膠凝結(jié)后，置于5wt％～10wt％的稀釋硫酸液內(nèi)1～3小時(shí)。取出置于微波爐內(nèi)300℃～500℃干燥，然后，再每次取余下的溶膠1份加入去離子水浸漬或涂刷于前一次經(jīng)處理和干燥后的載體，并按前一次工序工藝處理，按如此工序工藝處理3～6次后，即在載體表面形成多層負(fù)載薄膜；第4、將步驟3所得到的負(fù)載有多層薄膜的載體置于爐內(nèi)在450℃～650℃處理1～3小時(shí)，取出急冷卻后，置于微波爐內(nèi)在600℃～700℃范圍內(nèi)，低于載體熔化溫度下燒結(jié)1～5分鐘，即得到活性復(fù)合TiO2光催化劑；其中所述的硝酸鈰或硝酸鑭或硝酸銀在溶膠內(nèi)摻雜量為鈦酸丁脂添加質(zhì)量的0.2～1.2％，增孔劑聚乙二醇的加入量為鈦酸丁脂加入量體積的0.2％～3％，無水乙醇加入量與鈦酸丁脂加入量的體積比為2～4∶1，冰醋酸加入量與鈦酸丁脂加入量的體積比為0.1∶1。硝酸加入量與鈦酸丁脂加入量的體積比為0.06∶1，去離子水加入量與鈦酸丁脂加入量的體積比為0.1∶1。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的金屬多孔材料為海綿鈦，泡沫鎳，多孔氧化硅和多孔氧化鋁。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的非金屬多孔材料為泡沫磚，泡沫陶瓷，和硅藻土。
4.一種活性復(fù)合TiO2光催化劑制備方法，其特征是以非多孔金屬或非金屬材料作載體，其制備步驟為第1、將所述的載體材料潔凈去油去污后，干燥備用；第2、將可溶性淀粉與去離子水按5-20∶95-80重量比例，攪拌加熱使其糊化，得糊化淀粉液，冷卻密封備用；第3、取分析純無水乙醇，加入分析純冰醋酸，硝酸，聚乙二醇和硝酸鈰或硝酸鑭或硝銀，共混勻后，加入TiO2前軀體鈦酸丁脂，共混均得溶膠；第4、將步驟3所得到的溶膠分為數(shù)份，取其1份溶膠加入步驟2所得到的糊化淀粉液，混勻后，浸漬或涂刷于步驟1所得到的干燥載體材料表面，待溶膠凝結(jié)后，置于5wt％～10wt％的稀釋硫酸液內(nèi)1～3小時(shí)。取出置于微波爐內(nèi)300℃～500℃干燥，然后，再每次取余下的溶膠1份加入步驟2所得到的糊化淀粉液，混勻后，浸漬或涂刷于前一次經(jīng)處理和干燥后的載體，并按前一次工序工藝處理，按如此工序工藝處理3～6次后，即在載體表面形成多層負(fù)載薄膜；第5、將步驟4所得到的負(fù)載有多層薄膜的載體置于爐內(nèi)隨爐升溫，在450℃～650℃處理1～3小時(shí)后，隨爐降溫，取出后置于微波爐內(nèi)在600℃～700℃范圍內(nèi)，低于載體熔化溫度下燒結(jié)1～5分鐘，金屬材料作載體時(shí)，用300℃～500℃溫度下，真空處理10分鐘，即得到活性復(fù)合TiO2光催化劑；其中所述的硝酸鈰或硝酸鑭或硝酸銀在溶膠內(nèi)摻雜量為鈦酸丁脂添加質(zhì)量的0.2～1.2％，增孔劑聚乙二醇的加入量為鈦酸丁脂加入量體積的0.2％～3％，無水乙醇加入量與鈦酸丁脂加入量的體積比為2～4∶1，冰醋酸加入量與鈦酸丁脂加入量的體積比為0.1∶1。硝酸加入量與鈦酸丁脂加入量的體積比為0.06∶1，所述的糊化淀粉液的加入量與鈦酸丁脂的體積比為1％～20％，其糊化淀粉液內(nèi)可溶性淀粉含量為5％～20％wt。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征是所述的非多孔金屬材料為鈦，鋁，銅，不銹鋼和鋅。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征是所述的非金屬材料為玻璃片，玻璃纖維，板狀氧化鋁陶瓷，顆粒氧化鋁陶瓷，顆粒氧化硅陶瓷和顆粒氧化鈦陶瓷。
全文摘要
本發(fā)明提供一種多層多孔活性復(fù)合TiO
文檔編號(hào)B01J35/10GK1672785SQ200510018120
公開日2005年9月28日 申請(qǐng)日期2005年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月7日
發(fā)明者董學(xué)斌, 董學(xué)軍, 木士春, 陶劍青, 干維國(guó), 劉啟文, 董毅, 熊威, 董勝其 申請(qǐng)人:武漢理工大學(xué)