CN103007916A - 金属氧化物修饰的纳米TiO2薄膜的制备方法 - Google Patents

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宋仁国
李鑫伟
项博
王超
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Abstract

本发明公开了一种金属氧化物修饰的纳米TiO2薄膜的制备方法，包括如下步骤：（1）将纯钛片制备成25mm×15mm×2mm的长方形薄片，（2）对钛片进行预处理，包括：砂纸打磨、除油、盐酸液漂洗、超声波去离子水清洗和真空干燥，（3）将预处理后的钛片表面用加热后粘稠的聚乙烯醇分别涂上2-20mmol需要掺杂的金属氧化物，烘干后直接将钛片安置在微弧氧化设备上进行微弧氧化，其中钛片作阳极浸在处理液中，带冷却系统的不锈钢容器作为阴极，实验参数为：电压420V，制备时间30min，磷酸盐电解液体系中Na3PO4浓度为10g/L，NaF浓度为1g/L，电解温度控制在35℃以下，（4）将制备好的纳米TiO2薄膜进行去离子水漂洗和干燥。本发明制备的纳米TiO2薄膜的光催化降解率高，利于工业化生产。

Description

金属氧化物修饰的纳米TiO2薄膜的制备方法
技术领域
本发明涉及一种纳米TiO2薄膜材料，尤其是一种金属氧化物修饰纳米TiO2薄膜材料的制备方法。
背景技术
在众多的半导体光催化剂中，TiO2因其氧化能力强、化学稳定性好、催化活性高、无毒等优势处于光催化研究中的核心地位，作为半导体材料的纳米二氧化钛因其自身的无毒、价廉、高活性和高稳定性等特质被人们广泛应用于自清洁、环境污染治理等领域。但现阶段制备纳米TiO2的方法普遍存在成本高、过程不易控制、所得产品仍以不利回收、易流失的颗粒状粉末为主等缺陷。无法满足人们对于高质量TiO2光催化剂的实际需求。目前，以薄膜形式存在的纳米TiO2光催化剂已经逐渐取代颗粒状纳米TiO2而成为人们先阶段研究的重点，薄膜态相比于颗粒态，结合牢固，不存在流失等问题，但在催化活性上逊色于颗粒态纳米TiO2（薄膜附着的同时降低了比表面积也就减少了反应面积）。翟玉春等在《硝酸镧处理对微弧氧化二氧化钛膜光催化性能的影响》（《中国稀土学报》，2005年23卷第4期，434-437页）中提到所制备的TiO2膜的光催化降解率最高为34.8%。
发明内容
为解决微弧氧化技术中存在的上述不足，本发明提供了一种纳米TiO2薄膜材料的制备方法，通过离子浸渍法所制备的TiO2薄膜的光催化降解率接近60%，大幅提高了TiO2薄膜光催化降解的效率。
本发明采用的技术方案如下：
金属氧化物修饰的纳米TiO2薄膜的制备方法，包括如下步骤：（1）将纯钛片制备成25mm×15mm×2mm的长方形薄片，（2）对钛片进行预处理，包括：砂纸打磨、除油、盐酸液漂洗、超声波去离子水清洗和真空干燥，（3）将预处理后的钛片表面用加热后粘稠的聚乙烯醇分别涂上2-20mmol需要掺杂的金属氧化物，烘干后直接将钛片安置在微弧氧化设备上进行微弧氧化，其中钛片作阳极浸在处理液中，带冷却系统的不锈钢容器作为阴极，实验参数为：电压420V，制备时间30min，磷酸盐电解液体系中Na3PO4浓度为10g/L，NaF浓度为1g/L，电解温度控制在35℃以下，（4）将制备好的纳米TiO2薄膜进行去离子水漂洗和干燥。
所述金属氧化物为：氧化锌、五氧化二钒、氧化银、氧化铈、氧化镧、氧化镝或氧化铅中的一种或几种。
本发明的有益效果主要体现在：（1）制备的纳米TiO2薄膜的光催化降解率高；（2）反应过程容易控制；（3）原料廉价、普通，工艺简单、成本低，利于工业化生产。
附图说明
图1是氧化铈修饰的纳米TiO2薄膜的XRD衍射图谱。
图2是氧化铈电解修饰后纳米TiO2薄膜的SEM照片。
图3是氧化铈电解修饰后纳米TiO2薄膜的EDS能谱图。
图4是金属氧化物电解修饰后纳米TiO2薄膜对亚甲基蓝光催化脱色的影响图。
具体实施方式
下面结合具体方式对本发明进行进一步描述：
实施例1：
原材料：25mm×15mm×2mm的长方形纯钛片，10g/L的Na3PO4溶液，1g/L的NaF溶液，5mmol五氧化二钒。
步骤：将预处理后的钛片表面用加热后粘稠的聚乙烯醇涂上5mmol五氧化二钒，烘干后直接将试样安置在微弧氧化设备上进行微弧氧化（实验参数为：电压420V，制备时间30min，磷酸盐电解液体系中Na3PO4浓度为10g/L，NaF浓度为1g/L，电解温度控制在35℃以下），最后将制备好的纳米TiO2薄膜进行去离子水漂洗、干燥。
实施例2：
原材料：25mm×15mm×2mm的长方形纯钛片，10g/L的Na3PO4溶液，1g/L的NaF溶液，20mmol氧化银。
步骤：将预处理后的钛片表面用加热后粘稠的聚乙烯醇涂上20mmol氧化银，烘干后直接将试样安置在微弧氧化设备上进行微弧氧化（实验参数为：电压420V，制备时间30min，磷酸盐电解液体系中Na3PO4浓度为10g/L，NaF浓度为1g/L，电解温度控制在35℃以下），最后将制备好的纳米TiO2薄膜进行去离子水漂洗、干燥。
实施例3：
原材料：25mm×15mm×2mm的长方形纯钛片，10g/L的Na3PO4溶液，1g/L的NaF溶液，10mmol氧化铈。
步骤：将预处理后的钛片表面用加热后粘稠的聚乙烯醇涂上10mmol氧化铈，烘干后直接将试样安置在微弧氧化设备上进行微弧氧化（实验参数为：电压420V，制备时间30min，磷酸盐电解液体系中Na3PO4浓度为10g/L，NaF浓度为1g/L，电解温度控制在35℃以下），最后将制备好的纳米TiO2薄膜进行去离子水漂洗、干燥。
实施例4：
原料配制：25mm×15mm×2mm的长方形纯钛片，10g/L的Na3PO4溶液，1g/L的NaF溶液，10mmol氧化铅。
步骤：将预处理后的钛片表面用加热后粘稠的聚乙烯醇涂上10mmol氧化铅，烘干后直接将试样安置在微弧氧化设备上进行微弧氧化（实验参数为：电压420V，制备时间30min，磷酸盐电解液体系中Na3PO4浓度为10g/L，NaF浓度为1g/L，电解温度控制在35℃以下），最后将制备好的纳米TiO2薄膜进行去离子水漂洗、干燥。
采用Thermo ARL X’ TRA型X射线衍射仪(XRD)测定纳米TiO2薄膜的相结构；用Hitachi S-4700型扫描电镜(SEM)测定试样的表面微观形貌，并进行能谱(EDS)分析(能谱的扫描方式为面扫描)。
（1）XRD分析 ：图1为氧化铈修饰的纳米TiO2薄膜的XRD衍射图谱。从图中可以看出，CeO2进入了晶格，而且含量可观。说明通过直接反应，借助反应能，可以很好地帮助Ce4+及其氧化物进入到晶格内部。在一定量的前提下，它们的掺入，可在TiO2晶格中引入更多的缺陷位置，形成更多的捕获中心，很好地抑制光生电子对的复合，提高催化活性。
（2）SEM和EDS分析：图2和3分别为氧化铈电解修饰后纳米TiO2薄膜的SEM照片和EDS能谱图。从SEM照片中可以看出，CeO2电解修饰后的纳米TiO2薄膜表面存在浓密的细小孔洞，表面有关Ce4+的沉积物没有大块团聚物形成，这对于防止孔洞堵塞和有效表面积的减少都起到积极的作用，很好的发挥了作为掺杂物在纳米TiO2薄膜中促进光催化的作用。能谱图上Cu离子的可观含量表明该元素已经进入了纳米TiO2薄膜。
（3）光催化性能：图4为几种金属氧化物电解修饰后纳米TiO2薄膜对亚甲基蓝光催化脱色的影响。从图中可以看出，经过几种金属氧化物电解修饰后的纳米TiO2薄膜光催化性能均有所提高。

Claims (2)

1.金属氧化物修饰的纳米TiO2薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）将纯钛片制备成25mm×15mm×2mm的长方形薄片，（2）对钛片进行预处理，包括：砂纸打磨、除油、盐酸液漂洗、超声波去离子水清洗和真空干燥，（3）将预处理后的钛片表面用加热后粘稠的聚乙烯醇分别涂上2-20mmol需要掺杂的金属氧化物，烘干后直接将钛片安置在微弧氧化设备上进行微弧氧化，其中钛片作阳极浸在处理液中，带冷却系统的不锈钢容器作为阴极，实验参数为：电压420V，制备时间30min，磷酸盐电解液体系中Na3PO4浓度为10g/L，NaF浓度为1g/L，电解温度控制在35℃以下，（4）将制备好的纳米TiO2薄膜进行去离子水漂洗和干燥。
2. 根据权利要求1所述的金属氧化物修饰的纳米TiO2薄膜的制备方法，其特征在于，所述金属氧化物为：氧化锌、五氧化二钒、氧化银、氧化铈、氧化镧、氧化镝或氧化铅中的一种或几种。
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