CN103586090A - 一种空气及水净化材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种空气及水净化材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将钛的醇盐在一微乳液中进行水解，并通过无机聚合作用形成无机物交联的二氧化钛凝胶；(2)使二氧化钛凝胶沉积在基体上；(3)将基体以摄氏250-650度的温度煅烧1-20小时，以得出带有具介孔结构的二氧化钛薄膜的空气及水净化材料。水净化材料的基体可以是开孔泡沫结构，与其它平面的基体相比，开孔泡沫结构的三维联通多孔结构具有孔密度高、表面面积大及化学稳定性高的优点，可减低空气或水流过泡沫结构时的阻力，从而使空气或水在泡沫结构中与二氧化钛膜充分接触，令二氧化钛膜可完全分解空气或水中的有机物。
Description
技术领域
本发明涉及一种空气及水净化材料的制备方法，特别是指一种表面镀有二氧化钛薄膜的空气及水净化材料的制备方法，属于空气及水的消毒、杀菌及净化材料领域。
背景技术
现时，二氧化钛已广泛用于空气及水净化装置。二氧化钛经紫外线照射后，产生氢氧根自由基等活性氧，把有机物彻底氧化，亦即是能分解细菌、气味等，达致空气及水的净化效果。
现有技术的空气或水净化装置，一般设有紫外线光源及表面镀有二氧化钛薄膜的滤网或蜂窝结构作为过滤体，当水或空气流经滤网或蜂窝结构与二氧化钛接触，便可分解水或空气中的有机物。不过，滤网和蜂窝结构都存在接触面小的问题，以致未有足够的时间分解流过的水或空气中的有机物；而且，为实现消毒、杀菌及净化效果，紫外线光源必须照射在滤网或蜂窝结构，但同时紫外线亦会穿过滤网或蜂窝结构外泄至外在环境，长远对使用者构成伤害。
此外，现有制备二氧化钛涂层的方法，一般是在滤网或蜂窝结构涂覆纳米级的二氧化钛粉末，但粉末存在容易脱落的问题，不但影响产品的使用寿命，而且现时二氧化钛是否对人体有害仍是研究中的课题，故若产品的二氧化钛粉末脱落，长远有机会对人体构成伤害。除此之外，现有技术亦有提供将二氧化钛纳米粒子分散到水或有机溶剂中做成涂料，然后喷洒到基材上并在其上形成二氧化钛薄膜，但这种做法的二氧化钛纳米粒子难以分散，制成品的消毒、杀菌及净化效果不理想。另一种制备二氧化钛薄膜的方法，是利用溶胶-凝胶法制备二氧化钛溶胶，再将溶胶负载到基体上，但这种方法制备的二氧化钛薄膜的结晶度和比表面积往往并不理想，且难以控制，故影响二氧化钛薄膜的光催化率。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种空气及水净化材料的制备方法；利用本发明的制备方法，可在基体上镀有不易脱落的二氧化钛薄膜，而且本发明的一个优选实施例中，基体的结构为泡沫结构，其三维联通多孔结构有效增加水或空气的接触面，使消毒、杀菌及净化效果更佳。本发明的制备 方法并具有工序简单、成本低的优点。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种空气及水净化材料的制备方法，其包括以下步骤：
(1)将钛的醇盐在一微乳液中进行水解，并通过无机聚合作用形成无机物交联的二氧化钛凝胶；其中，钛的醇盐为钛酸乙酯、钛酸异丙酯、钛酸丁酯中一或二种的混合物，份量为0.1-1M；微乳液以水、有机溶液、非离子型表面活性剂和稳定剂形成，有机溶液为己醇、环己烷、无水乙醇、丙醇、异丙醇中的一种或两种的混合物，非离子型表面活性剂为聚乙二醇单辛基苯基醚及辛基苯酚聚乙氧基醇，稳定剂为乙二醇单甲醚、二乙醇胺、乙酰丙酮中一或二种的混合物。
(2)使二氧化钛凝胶沉积在基体上，例如，将基体浸入涂层溶液中，在室温环境下用浸渍-提拉法进行镀膜；基体选自既不疏水也不疏油、接触角少于90度且可承受摄氏800度而不会变更任何物理特性的玻璃、陶瓷、金属或其它固体材料，例如镍金属、氧化铝、碳化硅、二氧化硅等。
(3)将基体以摄氏250-650度的温度煅烧1-20小时，以得出带有具介孔结构的二氧化钛薄膜的空气及水净化材料。不同的煅烧时间会长成不同大小的晶体颗粒。使用上述方法制备的二氧化钛薄膜，具有高结晶度的大的比表面积，有助提高二氧化钛薄膜的光催化率。
在本发明的其中一个实施例中，可在第二个步骤之中在涂层溶液掺杂不同的金属，以增强分解微生物和挥发性有机化合物的性能。掺杂方式可选自现有技术中的初始掺杂、光刻、扩散和离子注入法等。掺杂的金属则可选自原子序数为13、20、21、23-31、38-47、49-50、56-83的金属；优选为原子序数为26(铁)、29(铜)、47(银)、74(钨)、78(白金)和79(金)的金属。涂层溶液也可掺杂不同的非金属，例如是原子序数为5-7、9、14-17、32-35、51-53的非金属。
在本发明的另一个实施例中，基体为一开孔泡沫结构。开孔泡沫结构在铸造工业已普遍使用，一般用作过滤熔融金属，但却未有用于空气及水浄化的领域。与其它平面的基体相比，开孔泡沫结构的三维联通多孔结构具有孔密度高、表面面积大及化学稳定性高的优点，可减低空气或水流过泡沫结构时的阻力，从而使空气或水在泡沫结构中与二氧化钛膜充分接触，令二氧化钛膜可完全分解空气或水中的有机物。
在本发明的另一实施例中，泡沫结构由金属、金属氧化物或非金属制成，其中金属可选自镍、铜等、或可造成泡沫结构的合金；金属氧化物可选自氧化 铝、氧化锆等；亦可以其它金属氧化物混合其它金属合金或陶瓷材料以造成泡沫结构；非金属则可选自硅氧化物、碳化硅、或任何可承受强紫外线及可造成泡沫结构的非金属。泡沫结构为三维联通多孔结构，大多数孔径范围为1-10毫米，不同孔径用于不同系统以对应双关之气体或液体之要求。泡沫结构可以是不透明或透明。泡沫结构的骨架可以是实心固体或多微孔结构，而大多数孔径小于0.1毫米。
与现有技术相比，本发明无需使用卤素，而且将二氧化钛凝胶沉积在基体上后进行煅烧的工序只需进行一次，便可得出具有高结晶度的大的比表面积的二氧化钛薄膜，故制作工序较简单，可减低成本。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
作为本发明的第一个实施例的空气及水净化材料的制备方法，其包括以下步骤：
(1)将钛的醇盐在一微乳液中进行水解，并通过无机聚合作用形成无机物交联的二氧化钛凝胶；在本实施例中，这步骤具体实现如下：(1)按非离子型表面活性剂(本实施例为聚乙二醇单辛基苯基醚)∶水∶环己烷∶己醇的容量比为2∶1∶120∶12的比例，先将非离子型表面活性剂、水和环己烷搅拌，之后加入己醇后再搅拌，制成溶液一；(2)按二乙醇胺∶乙酰丙酮∶己醇∶钛酸异丙酯的容量比为1∶1∶6∶5的比例，先将二乙醇胺、乙酰丙酮和己醇搅拌，之后加入钛酸异丙酯后再搅拌，制成溶液二；(3)按溶液一∶溶液二的容量比为8∶1的比例混合溶液一和溶液二后再搅拌，制成二氧化钛凝胶。
(2)使二氧化钛凝胶沉积在基体上，在本实施例中，具体是将基体浸入涂层溶液中，在室温环境下用浸渍-提拉法进行镀膜；基体在本实施例为氧化鋁。
(3)将基体以摄氏500度的温度煅烧，以得出带有具介孔结构的二氧化钛薄膜的空气及水净化材料。
以上方法配合不同的锻烧时间(1小时、3小时和6小时)得出的空气及水净化材料为试样一；另外，以溶胶-凝胶法以基本相的的材料制备带有二氧化钛薄膜的铝片作为试样二，并以喷洒方式以基本相同的材料制备带有二氧化钛薄膜的铝片作为试样三。测试三个试样的孔的各种参数，包括比表面积、以BJH模型计算出的孔隙率和孔体积、以XRD数据根据Scherrer公式计算晶粒尺寸、并根据XPS结果计算试样的扩散铝离子的原子百分比，下表总结三个试样的比表面 积和孔径参数：
由上表可见，使用本发明方法制备的试样三具有显着较大的比表面积，有助提高二氧化钛薄膜的光催化率。
在本发明的另一个实施例中，基体为一开孔泡沫结构，泡沫结构可由金属、金属氧化物或非金属制成，其中金属可选自镍、铜等、或可造成泡沫结构的合金；金属氧化物可选自氧化铝、氧化锆等；亦可以其它金属氧化物混合其它金属合金或陶瓷材料以造成泡沫结构；非金属则可选自硅氧化物、碳化硅、或任何可承受强紫外线及可造成泡沫结构的非金属。泡沫结构为三维联通多孔结构，大多数孔径范围为1-10毫米，不同孔径用于不同系统以对应双关之气体或液体之要求。泡沫结构可以是不透明或透明。泡沫结构的骨架可以是实心固体或多微孔结构，而大多数孔径小于0.1毫米。与其它平面的基体相比，开孔泡沫结构的三维联通多孔结构具有孔密度高、表面面积大及化学稳定性高的优点，可减低空气或水流过泡沫结构时的阻力，从而使空气或水在泡沫结构中与二氧化钛膜充分接触，令二氧化钛膜可完全分解空气或水中的有机物。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、 替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种空气及水净化材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将钛的醇盐在一微乳液中进行水解，并通过无机聚合作用形成无机物交联的二氧化钛凝胶；
(2)使二氧化钛凝胶沉积在基体上；
(3)将基体以摄氏250-650度的温度煅烧1-20小时，以得出带有具介孔结构的二氧化钛薄膜的空气及水净化材料。
2.根据权利要求1所述的空气及水净化材料的制备方法，其特征在于：钛的醇盐为钛酸乙酯、钛酸异丙酯、钛酸丁酯中一或二种的混合物，份量为0.1-1M。
3.根据权利要求1所述的空气及水净化材料的制备方法，其特征在于：微乳液以水、有机溶液、非离子型表面活性剂和稳定剂形成。
4.根据权利要求3所述的空气及水净化材料的制备方法，其特征在于：有机溶液为己醇、环己烷、无水乙醇、丙醇、异丙醇中的一种或两种的混合物。
5.根据权利要求3所述的空气及水净化材料的制备方法，其特征在于：非离子型表面活性剂为聚乙二醇单辛基苯基醚及辛基苯酚聚乙氧基醇。
6.根据权利要求3所述的空气及水净化材料的制备方法，其特征在于：稳定剂为乙二醇单甲醚、二乙醇胺、乙酰丙酮中一或二种的混合物。
7.根据权利要求1所述的空气及水净化材料的制备方法，其特征在于：第二个步骤包括将基体浸入涂层溶液中，在室温环境下用浸渍-提拉法进行镀膜。
8.根据权利要求1所述的空气及水净化材料的制备方法，其特征在于：基体选自既不疏水也不疏油、接触角少于90度且可承受摄氏800度而不会变更任何物理特性的玻璃、陶瓷、金属或其它固体材料。
9.根据权利要求1所述的空气及水净化材料的制备方法，其特征在于：在第二个步骤之后在涂层溶液掺杂不同的金属。
10.根据权利要求9所述的空气及水净化材料的制备方法，其特征在于：掺杂方式选自初始掺杂、光刻、扩散和离子注入法。
11.根据权利要求1所述的空气及水净化材料的制备方法，其特征在于：基体为一开孔泡沫结构。
12.根据权利要求11所述的空气及水净化材料的制备方法，其特征在于：泡沫结构由金属、金属氧化物或非金属制成。
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