CN100998935A - 一种室温制备结晶TiO2多孔薄膜的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种膜产品的制备方法，旨在提供一种室温制备结晶TiO2多孔薄膜的方法。包括以下步骤：(1)将含有TiO2晶粒的TiO2溶胶与模板剂混合，搅拌后静置形成涂膜液；(2)在镀膜基片上涂膜，在室温晾干；(3)将晾干后的薄膜浸入模板去除剂中超声振荡，取出后浸入无水乙醇中超声振荡，用去离子水冲洗，干燥后获得结晶TiO2多孔薄膜。利用本发明的方法可以在室温下制备结晶TiO2多孔薄膜，拓展TiO2多孔薄膜在一些耐热性较差的基材，或是不易热处理的基材上的应用，并可增大TiO2薄膜的比表面积，增强对被分解物的吸附，增加TiO2与被分解物的接触，从而获得更高的光催化效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种膜产品的制备方法，更具体地说，本发明涉及一种室温制备结晶TiO2多孔薄膜的方法。
背景技术
近年来，TiO2以其优良的物理化学特性，在光催化领域引起了广泛的研究兴趣。与TiO2粉体催化剂相比，TiO2薄膜催化剂更易于回收，而且便于负载到玻璃、陶瓷、金属等不同的基材上，因此在抗菌、有毒物质的分解等方面有着广泛的应用。为提高TiO2薄膜的光催化活性及光催化效率，已经进行了大量的工作，由于多孔性的TiO2薄膜具有较高的比表面积，能够有效地吸附被分解物，增大TiO2与被分解物的接触，从而提高光催化分解的效率，因此对TiO2多孔薄膜的研究受到了人们的关注。
目前，TiO2多孔薄膜的制备较多地采用有机物作为模板，通过高温焙烧将有机模板去除，同时促使无定型TiO2发生晶化，从而获得具有一定晶型的TiO2多孔薄膜。该工艺在TiO2多孔薄膜的制备上已经相当成熟，并得到了广泛的使用，但却限制了TiO2多孔薄膜对负载基材的选择，一些耐热性较差的基材，或是不易热处理的基材在这一工艺中很难得以应用，从而使TiO2多孔薄膜的应用范围受到限制。因此，TiO2多孔薄膜的低温制备成为了拓展其应用范围的关键。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种便捷的室温下制备结晶TiO2多孔薄膜的方法。
本发明提供的室温制备结晶TiO2多孔薄膜的方法，包括以下步骤：
(1)将含有TiO2晶粒的TiO2溶胶与模板剂混合，TiO2与模板剂的质量比为1∶1～5∶1，搅拌1～5小时后静置，形成涂膜液；
(2)用该涂膜液在镀膜基片上涂膜，湿膜在室温晾干；
(3)将晾干后的薄膜浸入模板去除剂中，超声振荡10～60分钟，取出后浸入无水乙醇中，超声振荡0～15分钟，最后用去离子水冲洗，干燥后获得结晶TiO2多孔薄膜。
所述模板剂是球形的有机聚合物粒子、作为第二相存在于TiO2溶胶中的有机物、或在液相中能形成胶束的表面活性剂其中任意一种。
作为本发明的一种改进，所述球形的有机聚合物粒子是聚苯乙烯球或苯丙乳液粒子。
作为本发明的一种改进，作为第二相存在于TiO2溶胶中的有机物是4，4′-二羟基二苯基丙烷，此时对应使用的模板去除剂是乙醇。
作为本发明的一种改进，所述在液相中能形成胶束的表面活性剂是聚乙二醇。
作为本发明的一种改进，所述镀膜基片是清洗干净的载玻片、金属片、塑料片或木片。
作为本发明的一种改进，所述在镀膜基片上涂膜的方法是浸渍提拉法或旋转涂膜法。
作为本发明的一种改进，所述模板去除剂是具有强溶解能力的有机溶剂甲苯或氯仿。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
利用本发明的方法可以在室温下制备结晶TiO2多孔薄膜，拓展TiO2多孔薄膜在一些耐热性较差的基材，或是不易热处理的基材上的应用，并可增大TiO2薄膜的比表面积，增强对被分解物的吸附，增加TiO2与被分解物的接触，从而获得更高的光催化效率。
附图说明
图1是实施例1中TiO2多孔薄膜的扫描电镜图片；
图2是实施例2中TiO2多孔薄膜的扫描电镜图片；
图3是实施例3中TiO2多孔薄膜的扫描电镜图片；
图4是实施例4中TiO2多孔薄膜的扫描电镜图片；
图5是实施例6中TiO2多孔薄膜的扫描电镜图片；
图6是实施例7中TiO2多孔薄膜的扫描电镜图片。
具体实施方式
本发明是以含有TiO2晶粒的TiO2溶胶与模板剂混合形成涂膜液，采用该涂膜液涂膜获得TiO2薄膜。然后，将其浸入模板去除剂中，通过溶解的方式将模板剂去除，清洗、干燥后，获得结晶TiO2多孔薄膜。
其中：
模板剂的选择：模板剂的加入不会影响涂膜液体系的稳定性，无分层和沉淀等现象产生；同时模板剂在模板去除剂中具有较强的溶解性。
模板去除剂的选择：模板去除剂是模板剂的良溶剂，同时是TiO2的不良溶剂，即模板去除剂的使用只是选择性地将薄膜中的模板剂成分溶解去除，而不会对TiO2造成损害。
所述模板剂可以是球形的有机聚合物粒子，如聚苯乙烯球，或苯乙烯与其它单体的共聚物粒子，如苯丙乳液粒子等。所述模板剂也可以是作为第二相存在于TiO2溶胶中的有机物，如4，4′-二羟基二苯基丙烷。此外，所述模板剂还可以是在液相中能形成胶束的表面活性剂，如聚乙二醇等。
所述模板去除剂为甲苯、氯仿等具有强溶解能力的有机溶剂；对于易溶于醇类溶剂的有机模板剂，如4，4′-二羟基二苯基丙烷，也可采用乙醇等醇类溶剂作为模板去除剂。
所述镀膜基片可以为清洗干净的载玻片、金属片、塑料片、木片等。
所述涂膜方法可以是浸渍提拉法、旋转涂膜法等。
以下通过实例进一步对本发明进行描述。
本发明室温下制备结晶TiO2多孔薄膜的实施例中操作步骤如下：
(1)将含有TiO2晶粒的TiO2溶胶与模板剂混合，TiO2与模板剂的质量比为1∶1～5∶1，搅拌1～5小时后静置，形成涂膜液；
(2)用该涂膜液在镀膜基片上涂膜，湿膜在室温晾干；
(3)将晾干后的薄膜浸入模板去除剂中，超声振荡10～60分钟，取出后浸入无水乙醇中，超声振荡0～15分钟，最后用去离子水冲洗，干燥后获得结晶TiO2多孔薄膜。
本发明中使用的TiO2溶胶，是根据中国发明专利申请“二氧化钛光触媒溶胶的制备方法”(CN1778685)所公开的方法制备：
包括以下步骤：
(1)在搅拌条件下将四氯化钛、硫酸钛或钛酸丁酯其中至少一种中加入1～10倍(m/m)的醇稀释溶剂中，搅拌均匀；
(2)在5～95℃水浴温度下，将步骤(1)中的混合溶液逐滴加入1～500倍(m/m)的水解溶剂中，搅拌0.5～5小时；
(3)溶胶静置陈化1小时～15天，直至蓝白色透明。
所述醇稀释溶剂为无水乙醇、乙二醇、异丙醇其中一种或几种的组合。
所述水解溶剂为去离子水或蒸馏水。
在将混合溶液加入水解溶剂中时，还可以加入无机酸控制水解速度，所述无机酸可以是硝酸、盐酸、硫酸其中一种或者其中几种的组合，酸的用量控制在使溶胶的PH值为1～5。
各实施例如下表：
其中，实施例1中聚苯乙烯球制备方法如下：
以苯乙烯为聚合单体，十二烷基硫酸钠为乳化剂，过硫酸铵为引发剂，采用乳液聚合法合成聚苯乙烯纳米球。其方法如下：在磁力搅拌条件下，将一定量苯乙烯单体用0.1mol/L的NaOH溶液洗涤去除阻聚剂，用分液漏斗分液，洗涤3次后，用去离子水洗涤至中性。然后量取19g该苯乙烯单体、160g去离子水、2.85g十二烷基硫酸钠，电动搅拌促使其充分乳化，搅拌速度400r/min，乳化时间2h，温度(60±2)℃。随后将2.47g过硫酸铵溶于10g去离子水，滴加到上述乳液中，保持搅拌速度和温度不变，反应8h后，得到半透明泛白色的聚苯乙烯乳液。
| 实施例编号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | |
| 模板剂 | 聚苯乙烯球(自制) | √ | |||||||
| 苯丙乳液粒子(Vinacryl 7199) | √ | √ | |||||||
| 4，4′-二羟基二苯基丙烷 | √ | √ | √ | ||||||
| 聚乙二醇(1000) | √ | ||||||||
| 聚乙二醇(2000) | √ | ||||||||
| 模板去除剂 | 甲苯 | √ | √ | √ | |||||
| 氯仿 | √ | √ | |||||||
| 无水乙醇 | √ | √ | √ | ||||||
| 镀膜基片 | 载玻片 | √ | √ | √ | √ | ||||
| 硅钢片 | √ | √ | |||||||
| 塑料PC片 | √ | ||||||||
| 木片 | √ | ||||||||
| 涂膜方式 | 浸渍提拉 | √ | √ | √ | √ | ||||
| 旋转涂膜 | √ | √ | √ | √ | |||||
| TiO2∶模板剂(质量比) | 1∶1 | 2∶1 | 1.5∶1 | 2∶1 | 2.5∶1 | 3.5∶1 | 3∶1 | 5∶1 | |
| 涂膜液搅拌时间(小时) | 1 | 1 | 2 | 3 | 2 | 4 | 5 | 4 | |
| 在模板剂去除剂中超声振荡时间(分钟) | 30 | 10 | 20 | 25 | 40 | 25 | 60 | 50 | |
| 在无水乙醇中清洗超声振荡时间(分钟) | 10 | 1 | 5 | 0 | 0 | 0 | 15 | 15 | |
| 备注 | 1、实施例4，5中，模板剂预先溶于质量为其140倍的无水乙醇，然后再与TiO2溶胶混合；2、实施例6中，模板剂预先溶于质量为其100倍的无水乙醇，然后再与TiO2溶胶混合；涂膜液中加入OP10非离子型表面活性剂(模板剂与OP10质量比为1∶0.3)。 | ||||||||
从多孔TiO2薄膜和非多孔的致密TiO2薄膜光催化性能评价的对比实验可以看到，相对于致密TiO2薄膜，多孔TiO2薄膜的光催化效率普遍提高了1倍左右。
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例子。显然，本发明不限于以上实施例子，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
Claims (7)
1、一种室温制备结晶TiO2多孔薄膜的方法，包括以下步骤：
(1)将含有TiO2晶粒的TiO2溶胶与模板剂混合，TiO2与模板剂的质量比为1∶1～5∶1，搅拌1～5小时后静置，形成涂膜液；
(2)用该涂膜液在镀膜基片上涂膜，湿膜在室温晾干；
(3)将晾干后的薄膜浸入模板去除剂中，超声振荡10～60分钟，取出后浸入无水乙醇中，超声振荡0～15分钟，最后用去离子水冲洗，干燥后获得结晶TiO2多孔薄膜；
所述模板剂是球形的有机聚合物粒子、作为第二相存在于TiO2溶胶中的有机物、或在液相中能形成胶束的表面活性剂其中任意一种。
2、根据权利要求1所述的室温制备结晶TiO2多孔薄膜的方法，其特征在于，所述球形的有机聚合物粒子是聚苯乙烯球或苯丙乳液粒子。
3、根据权利要求1所述的室温制备结晶TiO2多孔薄膜的方法，其特征在于，作为第二相存在于TiO2溶胶中的有机物是4，4′-二羟基二苯基丙烷，此时对应使用的模板去除剂是乙醇。
4、根据权利要求1所述的室温制备结晶TiO2多孔薄膜的方法，其特征在于，所述在液相中能形成胶束的表面活性剂是聚乙二醇。
5、根据权利要求1所述的室温制备结晶TiO2多孔薄膜的方法，其特征在于，所述镀膜基片是清洗干净的载玻片、金属片、塑料片或木片。
6、根据权利要求1所述的室温制备结晶TiO2多孔薄膜的方法，其特征在于，所述在镀膜基片上涂膜的方法是浸渍提拉法或旋转涂膜法。
7、根据权利要求1所述的室温制备结晶TiO2多孔薄膜的方法，其特征在于，所述模板去除剂是具有强溶解能力的有机溶剂甲苯或氯仿。
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| CN 200610155326 Pending CN100998935A (zh) | 2006-12-20 | 2006-12-20 | 一种室温制备结晶TiO2多孔薄膜的方法 |
Country Status (1)
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|---|---|
| CN (1) | CN100998935A (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102343259A (zh) * | 2011-04-13 | 2012-02-08 | 浙江大学 | 一种低温制备二氧化钛纳米薄膜的方法 |
| CN106395802A (zh) * | 2016-09-08 | 2017-02-15 | 山东理工大学 | 一种石墨烯多孔膜的制备方法 |
| CN106872344A (zh) * | 2017-02-27 | 2017-06-20 | 北京科技大学 | 组合材料芯片应力腐蚀敏感性的快速检测方法 |
| CN108607536A (zh) * | 2018-04-26 | 2018-10-02 | 金华职业技术学院 | 一种制备铋掺杂纳米二氧化钛光催化剂的方法 |
| CN111072061A (zh) * | 2019-12-17 | 2020-04-28 | 南京工业大学 | 一种多孔SnO2氢敏薄膜及其制备与应用 |
-
2006
- 2006-12-20 CN CN 200610155326 patent/CN100998935A/zh active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102343259A (zh) * | 2011-04-13 | 2012-02-08 | 浙江大学 | 一种低温制备二氧化钛纳米薄膜的方法 |
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| CN108607536B (zh) * | 2018-04-26 | 2021-06-04 | 金华职业技术学院 | 一种制备铋掺杂纳米二氧化钛光催化剂的方法 |
| CN111072061A (zh) * | 2019-12-17 | 2020-04-28 | 南京工业大学 | 一种多孔SnO2氢敏薄膜及其制备与应用 |
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