CN107043277A - 多空式光触媒陶瓷板 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多空式光触媒陶瓷板，包括多空式陶瓷板，所述多空式陶瓷板内部呈三维网状结构，其表面设有多个凹型槽，所述多空式陶瓷板的表面设有纳米二氧化钛光触媒材料层，所述纳米二氧化钛光触媒材料层的表面镶嵌有金属粒子，其制备方法包括步骤一：制作多空式陶瓷板；步骤二：制作光触媒的液体溶液；步骤三：制作多空式光触媒陶瓷板；步骤四：金属物的添加。本发明制作工艺简单，通过附着在纳米二氧化钛光触媒膜上的金属粒子，可大大提高光触媒的反应能力。
Description
技术领域
本发明涉及陶瓷板技术领域，尤其涉及一种多空式光触媒陶瓷板。
背景技术
现有用活性炭过滤网进行除臭，但这种方式只是把有臭味的物质，物理性的吸住在活性炭过滤网的表面而已。这样不仅受到温度和湿度等环境的影响，有可能还会把吸住的臭气和异味再放出。因活性炭过滤网吸住能力有限，当吸住能力饱和时需要及时更换，这样会增加成本的负担。
用化学式的吸着剂、是使用化学药品来进行的。化学式的吸着剂、是用氧化还原反应把有害气体转化为无害化。但因使用的是药品，它本身作为消耗品，有必要定期的交换、成本高。化学药品不能按一般的产品进行处理，废品处理也是难题。
光触媒在太阳，荧光灯等受到光的照射、它的表面会产生强有力的氧化力、促进跟被接触的臭气，细菌等物质进行化学反应。细菌，臭气等一些有害物质，大部分是由炭水化合物组成的有机化合物，在光触媒的作用下氧化分解成二氧化炭和水。
对含有硫黄和氮的极少数的化合物、被光触媒氧化、转变成硫酸塩、硝酸盐、附着在光触媒的表面上。但这些物质可以用水清洗或烧烤就可以简单除掉，恢复或再生光触媒的特性，不存在频繁交换的问题，这样可以减低很多成本。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种提供高效率进行脱臭并容易维修管理的多空式光触媒陶瓷板。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种多空式光触媒陶瓷板，包括多空式陶瓷板，其厚度在5-20mm之间，所述多空式陶瓷板的整个内部由大小为50-100μm的小孔相互连接呈三维网状结构，其多空式陶瓷板的孔隙率在90％以上，多空式陶瓷板的表面设有多个凹型槽，所述多空式陶瓷板的表面设有纳米二氧化钛光触媒材料层，所述纳米二氧化钛光触媒材料层的表面镶嵌有金属粒子。
优选的，所述纳米二氧化钛光触媒材料层的厚度在1-5μm之间。
优选的，所述纳米二氧化钛光触媒材料层中的二氧化钛粒子的粒径为5-20nm。
一种多空式光触媒陶瓷板的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：制作多空式陶瓷板，采用矾土粉末为原料调制成泥浆，将泥浆灌入定形好的聚氨酯橡胶模具中，然后在高温上烧烤，待聚氨酯橡胶模具在高温下烧熔后，剩下的泥浆骨架就烧制成为多空式陶瓷板；矾土粉末制成的泥浆在烧制成型时，产生气体形成多个小孔，多空式陶瓷板整个内部由大小为50-100μm的小孔相互连接呈三维网状结构。
步骤二：制作光触媒的液体溶液，将粒径大小在5-20nm的二氧化钛微粒子15g，放入到100L纯水里面搅拌，通过超声波分散机，将纳米状态的二氧化钛微粒子，均匀分布在纯水里，制得光触媒液体溶液；
步骤三：制作多空式光触媒陶瓷板，将步骤一中制得的多空式陶瓷板浸泡到步骤二中的光触媒液体溶液中，待多空式陶瓷板的表面粘贴的二氧化钛薄膜厚度在1-5μm时，取出多空式陶瓷板并在温度为50-300度环境下进行热处理干燥，使多空式陶瓷板表面粘贴二氧化钛薄膜，得到多空式光触媒陶瓷板；
步骤四：金属物的添加，将步骤三中制得的粘贴二氧化钛薄膜的多空式光触媒陶瓷板，浸入金属离子溶液中，取出过剩的金属离子溶液，在温度为300-800℃的氢气环境中还原、使部分金属粒子镶嵌在二氧化钛薄膜上。
优选的，所述步骤一中聚氨酯橡胶模具的形状为不同厚度的圆柱形或长方形或正方形，其表面均设有凹槽，使多空式陶瓷板的表面形成多个凹型槽。
优选的，所述步骤四中的金属粒子为Pt、Ir、Rh、Ru、Pd、Au、Ag、Cu、Zn、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb中的至少一种。比如以Ag，Cu为例，将硝酸银及硫酸铜粉末放入到去离子水里面，并把已做好的多空式光触媒陶瓷板浸放在此溶液里面后取出，用500度氢气环境中热处理2至4小时，就可以把Ag，或Cu粒子镶嵌在多空式陶瓷板的二氧化钛薄膜表面上。
光的照射使光触媒被活化，光触媒的氧化作用、使金属离子转换成金属、或金属氧化物，为激发二氧化钛光触媒的活化能力最好是用380nm以下的波长来照射。
本发明中，附着在纳米二氧化钛光触媒膜上的金属粒子或金属氧化物粒子或金属离子，可大大提高光触媒的反应能力，纳米二氧化钛光触媒膜在紫外线的作用下，产生强烈催化降解功能：能有效地降解空气中有毒有害气体；能有效杀灭多种细菌，并能将细菌或真菌释放出的毒素分解及无害化处理；同时还具备除甲醛、除臭、抗污、净化空气等功能，不仅易于清洁，而且还有助于分解异味，防止污垢附着。
附图说明
图1为本发明提出的一种多空式光触媒陶瓷板的结构示意图；
图2为本发明实施例1中的实验结果图。
图中：1多空式陶瓷板、2纳米二氧化钛光触媒材料层。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
本实施例中采用的超声波分散机的型号为FS-300C。
实施例1
参照图1，一种多空式光触媒陶瓷板，包括多空式陶瓷板1，其厚度为5mm，多空式陶瓷板1的整个内部由大小为50μm的小孔相互连接呈三维网状结构，其多空式陶瓷板1的孔隙率为91％，其表面设有多个凹型槽，多空式陶瓷板1的表面设有纳米二氧化钛光触媒材料层2，纳米二氧化钛光触媒材料层2的表面镶嵌有金属粒子。
纳米二氧化钛光触媒材料层的厚度为1μm，纳米二氧化钛光触媒材料层中的二氧化钛粒子的粒径为5nm。
其制备方法，包括如下步骤：
步骤一：制作多空式陶瓷板，采用矾土粉末为原料调制成泥浆，将泥浆灌入定形好的聚氨酯橡胶模具中，然后在高温上烧烤，待聚氨酯橡胶模具在高温下烧熔后，剩下的泥浆骨架就烧制成为多空式陶瓷板；
步骤二：制作光触媒的液体溶液，将粒径大小在5nm的二氧化钛微粒子15g，放入到100L纯水里面搅拌，通过超声波分散机，将纳米状态的二氧化钛微粒子，均匀分布在纯水里，制得光触媒液体溶液；
步骤三：制作多空式光触媒陶瓷板，将步骤一中制得的多空式陶瓷板浸泡到步骤二中的光触媒液体溶液中，待多空式陶瓷板的表面粘贴的二氧化钛薄膜厚度在1μm时，取出多空式陶瓷板并在温度为50度环境下进行热处理干燥，使多空式陶瓷板表面粘贴二氧化钛薄膜，得到多空式光触媒陶瓷板；
步骤四：金属物的添加，将步骤三中制得的粘贴二氧化钛薄膜的多空式光触媒陶瓷板，浸入金属离子溶液中，排出过剩的金属离子溶液，在温度为300℃的氢气环境中还原、使部分金属粒子镶嵌在二氧化钛薄膜上。
优选的，步骤一中聚氨酯橡胶模具的形状为不同厚度的圆柱形或长方形或正方形，其表面均设有凹槽，所述步骤四中的金属粒子为Ag。
将多空式光触媒陶瓷板放入到体积30m3的容器内、容器内注入乙醛、风量设定为20m3/min、测出容器内的乙醛浓度随时间的变化，如图2所示，添加Ag粒子后乙醛的浓度下降速率明显加快，说明在二氧化钛薄膜表面镶嵌金属Ag粒子可与二氧化钛光触媒具有良好的协同作用，可大大提高光触媒的反应能力。
实施例2
参照图1，一种多空式光触媒陶瓷板，包括多空式陶瓷板1，其厚度为8mm，多空式陶瓷板1的整个内部由大小为60μm的小孔相互连接呈三维网状结构，其多空式陶瓷板1的孔隙率为93％，其表面设有多个凹型槽，多空式陶瓷板1的表面设有纳米二氧化钛光触媒材料层2，纳米二氧化钛光触媒材料层2的表面镶嵌有金属粒子。
纳米二氧化钛光触媒材料层的厚度为2μm，纳米二氧化钛光触媒材料层中的二氧化钛粒子的粒径为8nm。
其制备方法，包括如下步骤：
步骤一：制作多空式陶瓷板，采用矾土粉末为原料调制成泥浆，将泥浆灌入定形好的聚氨酯橡胶模具中，然后在高温上烧烤，待聚氨酯橡胶模具在高温下烧熔后，剩下的泥浆骨架就烧制成为多空式陶瓷板；
步骤二：制作光触媒的液体溶液，将粒径大小在8nm的二氧化钛微粒子15g，放入到100L纯水里面搅拌，通过超声波分散机，将纳米状态的二氧化钛微粒子，均匀分布在纯水里，制得光触媒液体溶液；
步骤三：制作多空式光触媒陶瓷板，将步骤一中制得的多空式陶瓷板浸泡到步骤二中的光触媒液体溶液中，待多空式陶瓷板的表面粘贴的二氧化钛薄膜厚度在2μm时，取出多空式陶瓷板并在温度为150度环境下进行热处理干燥，使多空式陶瓷板表面粘贴二氧化钛薄膜，得到多空式光触媒陶瓷板；
步骤四：金属物的添加，将步骤三中制得的粘贴二氧化钛薄膜的多空式光触媒陶瓷板，浸入金属离子溶液中，排出过剩的金属离子溶液，在温度为400℃的氢气环境中还原、使部分金属粒子镶嵌在二氧化钛薄膜上。
优选的，步骤一中聚氨酯橡胶模具的形状为不同厚度的圆柱形或长方形或正方形，其表面均设有凹槽，所述步骤四中的金属粒子为Sc。
实施例3
参照图1，一种多空式光触媒陶瓷板，包括多空式陶瓷板1，其厚度为12mm，多空式陶瓷板1的整个内部由大小为70μm的小孔相互连接呈三维网状结构，其多空式陶瓷板的孔隙率为95％，其表面设有多个凹型槽，多空式陶瓷板1的表面设有纳米二氧化钛光触媒材料层2，纳米二氧化钛光触媒材料层2的表面镶嵌有金属粒子。
纳米二氧化钛光触媒材料层的厚度为3μm，纳米二氧化钛光触媒材料层中的二氧化钛粒子的粒径为12nm。
其制备方法，包括如下步骤：
步骤一：制作多空式陶瓷板，采用矾土粉末为原料调制成泥浆，将泥浆灌入定形好的聚氨酯橡胶模具中，然后在高温上烧烤，待聚氨酯橡胶模具在高温下烧熔后，剩下的泥浆骨架就烧制成为多空式陶瓷板；
步骤二：制作光触媒的液体溶液，将粒径大小在12nm的二氧化钛微粒子15g，放入到100L纯水里面搅拌，通过超声波分散机，将纳米状态的二氧化钛微粒子，均匀分布在纯水里，制得光触媒液体溶液；
步骤三：制作多空式光触媒陶瓷板，将步骤一中制得的多空式陶瓷板浸泡到步骤二中的光触媒液体溶液中，待多空式陶瓷板的表面粘贴的二氧化钛薄膜厚度在3μm时，取出多空式陶瓷板并在温度为200度环境下进行热处理干燥，使多空式陶瓷板表面粘贴二氧化钛薄膜，得到多空式光触媒陶瓷板；
步骤四：金属物的添加，将步骤三中制得的粘贴二氧化钛薄膜的多空式光触媒陶瓷板，浸入金属离子溶液中，排出过剩的金属离子溶液，在温度为500℃的氢气环境中还原、使部分金属粒子镶嵌在二氧化钛薄膜上。
优选的，步骤一中聚氨酯橡胶模具的形状为不同厚度的圆柱形或长方形或正方形，其表面均设有凹槽，所述步骤四中的金属粒子为Cu。
实施例4
参照图1，一种多空式光触媒陶瓷板，包括多空式陶瓷板1，其厚度为16mm，多空式陶瓷板1的整个内部由大小为80μm的小孔相互连接呈三维网状结构，其多空式陶瓷板的孔隙率为97％，其表面设有多个凹型槽，多空式陶瓷板1的表面设有纳米二氧化钛光触媒材料层2，纳米二氧化钛光触媒材料层2的表面镶嵌有金属粒子。
纳米二氧化钛光触媒材料层的厚度为4μm，纳米二氧化钛光触媒材料层中的二氧化钛粒子的粒径为16nm。
其制备方法，包括如下步骤：
步骤一：制作多空式陶瓷板，采用矾土粉末为原料调制成泥浆，将泥浆灌入定形好的聚氨酯橡胶模具中，然后在高温上烧烤，待聚氨酯橡胶模具在高温下烧熔后，剩下的泥浆骨架就烧制成为多空式陶瓷板；
步骤二：制作光触媒的液体溶液，将粒径大小在16nm的二氧化钛微粒子15g，放入到100L纯水里面搅拌，通过超声波分散机，将纳米状态的二氧化钛微粒子，均匀分布在纯水里，制得光触媒液体溶液；
步骤三：制作多空式光触媒陶瓷板，将步骤一中制得的多空式陶瓷板浸泡到步骤二中的光触媒液体溶液中，待多空式陶瓷板的表面粘贴的二氧化钛薄膜厚度在4μm时，取出多空式陶瓷板并在温度为250度环境下进行热处理干燥，使多空式陶瓷板表面粘贴二氧化钛薄膜，得到多空式光触媒陶瓷板；
步骤四：金属物的添加，将步骤三中制得的粘贴二氧化钛薄膜的多空式光触媒陶瓷板，浸入金属离子溶液中，排出过剩的金属离子溶液，在温度为600℃的氢气环境中还原、使部分金属粒子镶嵌在二氧化钛薄膜上。
优选的，步骤一中聚氨酯橡胶模具的形状为不同厚度的圆柱形或长方形或正方形，其表面均设有凹槽，所述步骤四中的金属粒子为Mn。
实施例5
参照图1，一种多空式光触媒陶瓷板，包括多空式陶瓷板1，其厚度为20mm，多空式陶瓷板1的整个内部由大小为100μm的小孔相互连接呈三维网状结构，其多空式陶瓷板的孔隙率为99％，其表面设有多个凹型槽，多空式陶瓷板1的表面设有纳米二氧化钛光触媒材料层2，纳米二氧化钛光触媒材料层2的表面镶嵌有金属粒子。
纳米二氧化钛光触媒材料层的厚度为5μm，纳米二氧化钛光触媒材料层中的二氧化钛粒子的粒径为20nm。
其制备方法，包括如下步骤：
步骤一：制作多空式陶瓷板，采用矾土粉末为原料调制成泥浆，将泥浆灌入定形好的聚氨酯橡胶模具中，然后在高温上烧烤，待聚氨酯橡胶模具在高温下烧熔后，剩下的泥浆骨架就烧制成为多空式陶瓷板；
步骤二：制作光触媒的液体溶液，将粒径大小在20nm的二氧化钛微粒子15g，放入到100L纯水里面搅拌，通过超声波分散机，将纳米状态的二氧化钛微粒子，均匀分布在纯水里，制得光触媒液体溶液；
步骤三：制作多空式光触媒陶瓷板，将步骤一中制得的多空式陶瓷板浸泡到步骤二中的光触媒液体溶液中，待多空式陶瓷板的表面粘贴的二氧化钛薄膜厚度在5μm时，取出多空式陶瓷板并在温度为300度环境下进行热处理干燥，使多空式陶瓷板表面粘贴二氧化钛薄膜，得到多空式光触媒陶瓷板；
步骤四：金属物的添加，将步骤三中制得的粘贴二氧化钛薄膜的多空式光触媒陶瓷板，浸入金属离子溶液中，排出过剩的金属离子溶液，在温度为800℃的氢气环境中还原、使部分金属粒子镶嵌在二氧化钛薄膜上。
优选的，步骤一中聚氨酯橡胶模具的形状为不同厚度的圆柱形或长方形或正方形，其表面均设有凹槽，所述步骤四中的金属粒子为Pt。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种多空式光触媒陶瓷板，其特征在于，包括多空式陶瓷板，其厚度在5-20mm之间，所述多空式陶瓷板的整个内部由大小为50-100μm的小孔相互连接呈三维网状结构，其多空式陶瓷板的孔隙率在90％以上，多空式陶瓷板的表面设有多个凹型槽，所述多空式陶瓷板的表面设有纳米二氧化钛光触媒材料层，所述纳米二氧化钛光触媒材料层的表面镶嵌有金属粒子。
2.根据权利要求1所述的一种多空式光触媒陶瓷板，其特征在于：所述纳米二氧化钛光触媒材料层的厚度在1-5μm之间。
3.根据权利要求1所述的一种多空式光触媒陶瓷板，其特征在于：所述纳米二氧化钛光触媒材料层中的二氧化钛粒子的粒径为5-20nm。
4.一种多空式光触媒陶瓷板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：制作多空式陶瓷板，采用矾土粉末为原料调制成泥浆，将泥浆灌入定形好的聚氨酯橡胶模具中，然后在高温上烧烤，待聚氨酯橡胶模具在高温下烧熔后，剩下的泥浆骨架就烧制成为多空式陶瓷板；
步骤二：制作光触媒的液体溶液，将粒径大小在5-20nm的二氧化钛微粒子15g，放入到100L纯水里面搅拌，通过超声波分散机，将纳米状态的二氧化钛微粒子，均匀分布在纯水里，制得光触媒液体溶液；
步骤三：制作多空式光触媒陶瓷板，将步骤一中制得的多空式陶瓷板浸泡到步骤二中的光触媒液体溶液中，待多空式陶瓷板的表面粘贴的二氧化钛薄膜厚度在1-5μm时，取出多空式陶瓷板并在温度为50-300度环境下进行热处理干燥，使多空式陶瓷板表面粘贴二氧化钛薄膜，得到多空式光触媒陶瓷板；
步骤四：金属物的添加，将步骤三中制得的粘贴二氧化钛薄膜的多空式光触媒陶瓷板，浸入金属离子溶液中，排出过剩的金属离子溶液，在温度为300-800℃的氢气环境中还原、使部分金属粒子镶嵌在二氧化钛薄膜上。
5.根据权利要求4所述的一种多空式光触媒陶瓷板，其特征在于：所述步骤一中聚氨酯橡胶模具的形状为不同厚度的圆柱形或长方形或正方形，其内表面均设有凹槽。
6.根据权利要求4所述的一种多空式光触媒陶瓷板，其特征在于：所述步骤四中的金属粒子为Pt、Ir、Rh、Ru、Pd、Au、Ag、Cu、Zn、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb中的至少一种。
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