CN105618020A - 光催化剂基材的制作方法及制作设备 - Google Patents

Abstract

光催化剂基材的制作方法及制作设备，该方法包括以下步骤：提供一基材。将基材放置在一传送装置上，传送此基材。当基材传送至一喷涂装置下，使用喷涂装置在基材的一表面形成一光催化剂层。当基材传送至一加热装置下，使用加热装置使基材的表面上的光催化剂层固化。

Description

光催化剂基材的制作方法及制作设备

技术领域

本发明涉及一种纳米颗粒溶胶喷镀技术，且特别是涉及一种光催化剂基材的制作方法及制作设备。

背景技术

光催化剂是经过光的照射，可以促进化学反应的物质。目前可用来作为光催化剂的物质有二氧化钛及硫化镉，其中二氧化钛因为具有优选的氧化还原能力，高化学稳定度及无毒的特性，常被使用来作为光催化剂的物质。光催化剂擅长于处理空气中极低浓度的有害化学物质，且本身不会释出有害物质，因此是极优异的环境净化用催化剂。光催化剂可以产生消臭、杀菌、抗菌、防污和除去有害物质等功能。

二氧化钛的结晶构造有正方晶系的高温金红石(rutile)型、低温锐钛矿(anatase)型及属于斜方晶系的板钛矿(brookite)型三种。其中只有锐钛矿结构具光催化剂的效果。光催化处理程序的光分解机制是借助紫外光或太阳光激发光催化剂，使光催化剂产生电子以及电洞，借助氧化表面吸附的物质，进而将表面吸附的物质裂化为小分子。以二氧化钛为例，二氧化钛反应从照388nm的光波长开始反应(因为二氧化钛的能阶差约为3.2eV，而388nm的光波长大约可提供3.2eV的能量)，二氧化钛吸收光能量产生电子(e-)及电洞(h+)，此电洞具有相当强的氧化力，可以直接将吸附在物质表面的污染物分子直接氧化使其分解，或者将吸附在物质表面的水分子氧化为氢氧自由基。原本大分子的污染物，经由光催化剂照光反应将大分子裂解为小分子，达到污染物清除的目的。

虽然光催化剂已广泛的应用于各样产品，但目前仍没有可有效率且以较低的成本制作光催化剂基材(特别是纸材)的方法及相关设备。业界需要一可制作光催化剂基材的方法及自动化装置，进行光催化剂基材的大量生产。

发明内容

本发明实施方式提供的光催化剂基材的制作方法和制作设备，可以更有效的量产升光催化剂基材。

本发明一实施方式提供一种光催化剂基材的制作方法，包括：提供一基材；将基材放置在一传送装置上，传送该基材；当基材传送至一喷涂装置下，使用喷涂装置在基材的一表面形成一光催化剂层；以及当基材传送至一加热装置下，使用加热装置使基材的表面上的光催化剂层固化。

本发明一实施方式提供一种光催化剂基材的制作设备，包括：一传送装置；一喷涂装置，设置在传送装置上方；以及一加热装置，设置在传送装置上方，且与喷涂装置相隔一段距离。

本发明的有益效果在于，以相对较低成本和相对较快的速度制作光催化剂基材，更有效益的制作光催化剂基材，达到大量生产的目的。

为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。

附图说明

图1显示本发明一实施方式光催化剂基材的制作方法的方块图。

图2显示本发明一实施方式光催化剂基材的制作设备的示意图。

图3显示本发明一实施方式制作的光催化剂基材进行X光衍射光谱分析图。

图4显示本发明一实例制作的光催化剂基材光催化降解乙醛的测试曲线图。

图5显示本发明另一实例制作的光催化剂基材光催化降解乙醛的测试曲线图。

符号说明

S10：步骤

S20：步骤

S30：步骤

S40：步骤

200：基材

202：滚筒

204：传送装置

206：带状体

208：喷涂装置

210：感应装置

212：加热装置。

具体实施方式

以下是借助特定的具体实例来说明本发明所揭露有关“光催化剂基材的制作方法”的实施方式，以下的实施方式将进一步详细说明本发明的相关技术内容，但所揭示的内容并非用以限制本发明的技术范畴。

第一实施例

请参阅图1和图2所示，图1为本实施例光催化剂基材的制作方法的方块图，图2为本实施例光催化剂基材的制作设备的示意图。以下结合图1和图2一并说明，首先，进行步骤S10，选择一基材200，在本实施例以下的说明中是以纸材作为说明实例，但本发明不限于此，基材200可以由其他材料组成，例如基材200另可以为布、塑料、木材或金属。随后，将基材200放置在一传送装置204上，经由传送装置204传送基材200。虽然在此的描述中为了简化说明仅描述一个基材200，但在实际进行大量生产时，会按顺序将数个基材放置在传送装置上，基材的数量依实际的需要决定，本发明不特别限定进行大量生产的基材的数量。

接下来，进行步骤S20，制备一光催化剂溶胶，将二氧化钛、氧化锌、二氧化锡或上述的混合物与溶剂混合，制备光催化剂溶胶。在本实施例中，溶剂为水。光催化剂溶胶中光催化剂的含量可以为0.01wt％～50wt％，优选为1wt％～10wt％。值得注意的是，本发明不限定于上述材料，可以其他的光催化剂材料与溶剂混合，且溶剂也不限定为水。在本实施例中，光催化剂材料优选为二氧化钛，且二氧化钛优选为锐钛矿型态。更详细来说，本实施例采用化学共沉淀-解胶法来制备二氧化钛溶胶，使用烷氧化钛及四氯化钛为前体原料，经过水解缩合程序，将其转换为氢氧化钛，之后以酸进行解胶。后续在60℃～100℃间以回流程序进行结晶步骤，制备出具锐钛矿晶相的二氧化钛溶胶。但本发明不限定此法所制备的光催化剂水性溶胶，其余光催化剂水性溶胶液也可使用本喷涂装置。需要时，可加入排风系统。

接着进行步骤S30，将制备好的光催化剂溶胶输送至一喷涂装置208，当基材200传送至喷涂装置208下，使用喷涂装置208在基材200的一表面喷涂一光催化剂层。喷涂装置208可以为一自动喷枪，且本发明另可设置一感应装置210，邻近喷涂装置208，使得当感应装置210侦测到基材200传送至喷涂装置208下，经由一控制装置(未示出)，启动喷涂装置208，对基材200进行喷涂步骤。在本实施例中，喷涂步骤的参数可如下：喷涂的压力为1.0巴～2.5巴，喷涂量为50ml/min～100ml/min，然而，喷涂步骤的参数可随着过程的需要或产品的规格改变，例如当基材更换为塑料时，喷涂步骤的参数需作调整，或者，当基材仍为纸材，但尺寸增加，也需要改变喷涂参数。本发明不特别限定于特定的喷涂步骤的参数。

此外，本发明也可改良传送装置204的动线，并增加一翻转装置，使得基材200可进行翻面，对基材200尚未进行喷涂的表面上进行喷涂。另外，本发明不限定于对基材的同一表面喷涂一次，可依产品的规格或过程的需求喷涂数次，例如2-10次。

另外，本发明可调整控制装置对于传送装置204的控制，使得传送装置204在传送基材200时，当基材200传送至喷涂装置204下时，传送装置204停止传送一段时间，待喷涂装置208完成喷涂作业后，再传送基材200。

后续，继续传送基材200，当基材200传送至一加热装置212下，进行步骤S40，使用加热装置212使基材200表面上的光催化剂层干燥固化。加热装置212可以包括一风扇和一加热器，使加热装置212可发出热风，干燥固化光催化剂层。加热装置212不限定于上述，在其他的实施例中，加热装置可以为其他种类，例如，包括但不限定于：电热丝、电热管、灯泡或高频加热设备。加热步骤的温度可以为20℃～100℃，时间可以为1分钟～50分钟，加热步骤的温度可以优选为30℃～65℃，时间优选为2分钟～15分钟。此外，本实施例加热装置212另可以为隧道式烘箱，其中隧道式烘箱的长度可以为约250厘米，而传送速度可以为15～35厘米/分钟，温度范围可以为25℃～85℃。

根据以上所述，在固化光催化剂层后完成本实施例完成本实施例光催化剂基材的制作。

将完成的光催化剂基材以X光衍射光谱仪进行分析，图3显示2θ与相对密度的关系图，请参照图3，光催化剂的粒径小于20nm。在本发明一实施例中，光催化剂的粒径介于3nm至1μm的间。光催化剂的粒径优选介于10nm至30nm的间。

以下根据图4和图5说明本实施例制作的光催化剂基材光催化降解乙醛的测试结果。如图4所示，当纸片上二氧化钛的量为138mg的低光催化剂载量纸材时，在180分钟打开紫外灯，可明显的观察到在180分钟之后，乙醛快速被降解，且在约450分钟之后，乙醛的量低于20ppm。如图5所示，当纸片上二氧化钛的量为430mg的高光催化剂载量纸材时，在160分钟打开紫外灯，可明显的观察到在160分钟之后，乙醛更快速得被降解，且在约200分钟之后，乙醛的量低于20ppm。

根据上述测试结果，以本发明实施例制作的光催化剂基材的确可达到清除环境中污染物的效果。

以下根据图2描述本发明实施例光催化剂基材的制作设备。如图2所示，此设备包括一传送装置204。传送装置204可包括数个滚筒202，其外包覆以一带状体206，借助电能驱动滚筒202的滚动，进而带动带状体206的卷动，使得带状体206上的对象可进行传送。一喷涂装置208设置在传送装置204上方。喷涂装置208可以为一自动喷枪，其可经由一管线(未示出)与装有光催化剂溶胶的储存装置(未示出)连接。一加热装置212设置在传送装置204上方，且与喷涂装置208相隔一段距离。加热装置212可包括电热丝、电热管、灯泡或高频加热设备，也可包括一风扇，以增加热的传递。加热装置212可为隧道式烘箱。

一控制装置(未示出)经由数个信号线分别连接传送装置204、喷涂装置208和加热装置212。借助控制装置可控制自动喷枪每次喷射的量，喷射的范围及/或喷射的速率。此外，控制装置也可控制加热装置212的加热温度、时间及/或升温和降温的速率。又另外，控制装置可以控制传送装置204的传送速度，且甚至可使得传送装置204在其上基材200在使用喷涂装置进行喷涂及/或使用加热装置加热步骤时，传送装置204停止运作一段时间。

一感应装置210邻近于喷涂装置208设置，且经由一信号线连接控制装置。感应装置210的作用为当侦测到基材200，可传递一信号至控制装置，使得控制装置启动喷涂装置208，对基材200进行喷涂光催化剂溶胶的步骤。在一实施例中，感应装置210可装设在喷涂装置208的侧边，或者与喷涂装置208相隔一固定距离，并计算一时间差，使得在此时间差后，喷涂装置208启动喷涂作动。在本实施例中，感应装置210为一光传感器，但本发明不限于此，感应装置210可以为其他感测的设备。

实施例的可能功效

综上所述，本发明的有益效果可以在于，本发明实施例揭示一种光催化剂基材的制作方法及相关制作设备，此方法不仅制作成本低，且可以相对较快的速度制作光催化剂基材，更有效益的制作光催化剂基材，达到大量生产的目的。

以上所述仅为本发明的优选可行实施例，非因此局限本发明的专利范围，故所有运用本发明说明书及附图内容所做的等效技术变化，均包含于本发明的保护范围内。

Claims (13)

1.一种光催化剂基材的制作方法，其特征在于，包括：

提供一基材；

将该基材放置在一传送装置上，传送该基材；

当该基材传送至一喷涂装置下，使用该喷涂装置在该基材的一表面形成一光催化剂层；以及

当该基材传送至一加热装置下，使用该加热装置使该基材的该表面上的光催化剂层固化。

2.如权利要求1所述的光催化剂基材的制作方法，其中该基材是一纸材、布或塑料。

3.如权利要求1所述的光催化剂基材的制作方法，其中使用该喷涂装置在该基材的表面形成光催化剂层的步骤包括：

制备一水性光催化剂溶胶；以及

将该水性光催化剂溶胶使用该喷涂装置喷涂在该基材的表面。

4.如权利要求3所述的光催化剂基材的制作方法，其中该水性光催化剂溶胶包括二氧化钛、氧化锌、二氧化锡或上述的混合物。

5.如权利要求3所述的光催化剂基材的制作方法，其中该水性光催化剂溶胶中光催化剂的含量为0.01wt％～50wt％。

6.如权利要求3所述的光催化剂基材的制作方法，其中该光水性催化剂溶胶的溶剂为水。

7.如权利要求3所述的光催化剂基材的制作方法，其中该水性光催化剂溶胶中光催化剂的粒径为3nm～1μm。

8.一种光催化剂基材的制作设备，其特征在于，包括：

一传送装置；

一喷涂装置，设置在该传送装置上方；以及

一加热装置，设置在该传送装置上方，且与该喷涂装置相隔一段距离。

9.如权利要求8所述的光催化剂基材的制作设备，其中该喷涂装置为一自动喷枪。

10.如权利要求8所述的光催化剂基材的制作设备，还包括一感应装置，邻近该喷涂装置。

11.如权利要求8所述的光催化剂基材的制作设备，其中该加热装置为隧道式烘箱。

12.如权利要求8所述的光催化剂基材的制作设备，还包括一装有光催化剂溶胶的储存装置经由一管线连接该喷涂装置。

13.如权利要求8的光催化剂基材的制作设备，还包括一控制装置，经由数条信号线，分别连接该喷涂装置和该加热装置。