CN108421412A - 光催化剂担载网状片及其制造方法、空气净化器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光催化剂担载网状片，其牢固担载作为光催化剂的锐钛矿型氧化钛且防止剥离，进一步增加与光催化剂接触的机会，显著提高了光催化剂的净化处理效率，同时降低制造成本。光催化剂担载网状片(S1)的特征在于，在具有周期性图案的网状钛片(11)的表面上形成氧化钛薄膜(3)，在该氧化钛薄膜上担载锐钛矿型氧化钛颗粒(4)。

Description

光催化剂担载网状片及其制造方法、空气净化器
技术领域
本发明涉及一种光催化剂担载网状片、空气净化器以及光催化剂担载网状 片的制造方法。
背景技术
作为光催化剂已知有锐钛矿型氧化钛，通过照射紫外线产生如羟基自由基 (·OH)等活性物质和空穴，从而分解有机物，由此得到除臭效果和杀菌效果， 应用于空气净化器等。
作为光催化剂使用锐钛矿型氧化钛，已知有例如专利文献1。专利文献1 中公开了一种光催化剂片，在具有从单面或双面通过非周期性图案实施蚀刻处 理形成贯通内外的多个微细流路的非周期性海绵结构的钛箔表面中，通过阳极 氧化薄膜形成氧化钛基体，对该氧化钛基体烧结锐钛矿型氧化钛颗粒。
如此，牢固担载作为光催化剂的锐钛矿型氧化钛的同时防止剥离，进一步 增加接触光催化剂的机会，并能够显著提高基于光催化剂的净化处理效率。
但是，专利文献1中，由于对钛箔实施蚀刻处理，存在增加制造成本的问 题，因此需要进一步降低成本。
另一方面，在专利文献2中已知有使用其他金属的例子。专利文献2中公 开了一种光催化剂担载金属过滤器，包括：金属过滤器基体，形成为金属表面 具有多个开口部，该开口部相对于金属表面的开口率为30％以上且90％以下， 且金属表面中除开口部之外的剩余部分进行粗加工；光催化剂层，形成于金属 过滤器基体上。
但是，当使用锐钛矿型氧化钛和除钛之外的金属基体时，存在锐钛矿型氧 化钛的活性指数下降、光催化剂的净化处理效率下降的问题。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：专利第5474612号公报
专利文献2：特开2005-254167号公报
发明内容
本发明的目的在于提供一种光催化剂担载网状片，该光催化剂担载网状片 牢固担载作为光催化剂的锐钛矿型氧化钛且防止剥离，进一步增加与光催化剂 接触的机会，显著提高光催化剂的净化处理效率，同时降低制造成本。
为了实现上述技术课题，本发明的光催化剂担载网状片的特征是：在具有 周期性图案的网状钛片的表面上形成氧化钛薄膜，在该氧化钛薄膜上担载锐钛 矿型氧化钛颗粒。
发明效果
根据本发明，能够提供一种光催化剂担载网状片，该光催化剂担载网状片 牢固担载作为光催化剂的锐钛矿型氧化钛且防止剥离，进一步增加与光催化剂 接触的机会，显著提高光催化剂的净化处理效率，同时降低制造成本。
附图说明
图1是示出本发明中光催化剂担载网状片的一例的概略图；
图2是示出图1的光催化剂担载网状片的制造方法的一例的概略图；
图3是示出本发明中光催化剂担载网状片的其他例的概略图；
图4是示出使用本发明中光催化剂担载网状片的空气净化器的一例的概略 图；
图5是示出实施例1的评价结果的曲线图。
附图标记
S1、S2 光催化剂担载网状片
U1 光催化剂单元
2 贯通孔
3 氧化钛薄膜
4 锐钛矿型氧化钛颗粒
5 光催化剂层
8 裂纹
9 紫外线光源
10 处理室
11 拉伸钛网片
12 钛丝网片
具体实施方式
下面，将参照附图对本发明的光催化剂担载网状片、空气净化器以及光催 化剂担载网状片的制造方法进行说明。需要说明的是，本发明不局限于下述实 施方式，对于本领域技术人员来说，凡在本发明的作用和效果之内，所作的其 他实施方式、增加、修改、删除等可想到的范围内进行的更改，均应包含在本 发明的保护范围之内。
本发明的光催化剂担载网状片的特征是：在具有周期性图案的网状钛片的 表面上形成氧化钛薄膜，在该氧化钛薄膜担载锐钛矿型氧化钛颗粒。
此外，本发明的光催化剂担载网状片的制造方法的特征是：由钛构成的金 属基板上形成多个伤痕，拉伸所述金属基板作为具有周期性图案的网状拉伸钛 网片，对该拉伸钛网片进行阳极氧化处理和加热处理，在表面形成氧化钛薄膜， 在该氧化钛薄膜上担载锐钛矿型氧化钛颗粒。
此外，本发明的光催化剂担载网状片的制造方法的特征是：编织钛丝作为 具有周期性图案的网状钛丝网片，对该钛丝网片进行阳极氧化处理和加热处理， 在表面形成氧化钛薄膜，在该氧化钛薄膜担载锐钛矿型氧化钛颗粒。
(第一实施方式)
图1是示出本发明中光催化剂担载网状片的一例的概略图。图1中示出本 实施方式的光催化剂担载网状片，示出其放大示意图以及截面示意图。
本实施方式的光催化剂担载网状片S1中，拉伸钛网片11的表面形成氧化 钛薄膜3，在该氧化钛薄膜3担载锐钛矿型氧化钛颗粒4而形成光催化剂层5。
拉伸钛网片11是具有周期性图案的网状钛片，对钛片进行拉伸加工所得 到。本实施方式中，拉伸加工方法可适当改变，钛片上制作多处伤痕，拉伸钛 片的两端而制造具有周期性图案的网状钛片。
上述多处伤痕可以贯通钛片，也可以不贯通钛片。
形成伤痕的方法可适当改变，可列举例如激光照射形成的方法、冲压加工 形成的方法、使用超声波切割机的方法等。这些之中优选冲压加工或激光照射 形成的方法。
所述多个伤痕优选为按照0.05～3mm间隔形成。通过拉伸形成多个伤痕的 钛片，形成如图1所示的多个周期性贯通孔2。
上述形成多处伤痕的方法可适当改变，但是优选倾斜钛片后制作伤痕，贯 通而形成孔。此时拉伸制成拉伸金属时，形成横向的孔，空气阻力变大。由此， 用于空气净化的接触面积变大，进一步提高净化效率。
拉伸钛网片11的厚度优选例如0.05～2mm。
拉伸钛网片11的开口部的短方向长度优选0.05～5mm，更优选0.05～1.5mm。 此外，长方向长度优选0.1～10mm，更优选0.1～3mm。此外，拉伸钛网片11的 开口率优选5～95％，更优选10～80％。
此时，提高了所得到的光催化剂担载网状片中的空气流动性，增加了与光 催化剂接触的机会，进一步提高了光催化剂的净化处理效率。此外，拉伸钛网 片的密度上升，确保所希望的强度，在应用到空气净化器等部件时也易于保持 所希望的形状。
需要说明的是，拉伸钛网片11的开口部大小与所得到的光催化剂担载网状 片的开口部大小几乎相同。
拉伸钛网片11是具有周期性图案的网状钛片，但不是所有位置都必须为周 期性图案，优选50％以上为周期性图案，更优选80％以上为周期性图案。
图2中示出用以说明本实施方式中的光催化剂担载网状片的制造方法的一 例。图2是制造过程中的一部分，省略了拉伸钛网片11的制造过程。
图2(a)中示出拉伸钛网片11的截面图以及其局部放大图。首先，进行 阳极氧化处理，在拉伸钛网片11的表面形成氧化钛薄膜3。阳极氧化处理是在 磷酸浴(例如3％磷酸水溶液)中对作为阳极的拉伸钛网片11与阴极之间施加 预定电压，其结果如图2(b)所示，拉伸钛网片11的表面被氧化形成阳极氧 化薄膜(氧化钛薄膜3)。
此时，氧化薄膜不仅在拉伸钛网片11的正反两面形成，还在贯通孔2的内 壁面等暴露在磷酸浴中的所有表面形成。
然后，对于形成氧化薄膜的拉伸钛网片11进行加热处理。加热是在如大气 环境下、450～550℃温度中加热2～3小时。通过加热处理，阳极氧化薄膜更加不 易被剥离。放大观察其表面，出现了阳极氧化处理和加热处理导致的裂纹8。
需要说明的是，进行阳极氧化处理时，根据该氧化薄膜的厚度，通过光衍 射显出不同的颜色，已知厚度约70nm时呈现为紫色，约150nm时呈现为绿色， 约200nm时呈现为粉色。本实施方式中，薄膜厚度为70～150nm。
在阳极氧化处理和加热处理前，还可以对拉伸钛网片11进行粗加工。这种 情况下，可以使氧化保护膜更加不易被剥离。作为粗加工可适当改变，例如可 列举研磨加工。
接着，进行担载锐钛矿型氧化钛颗粒4的烧结处理。
将表面形成氧化薄膜3的拉伸钛网片11浸渍在分散有锐钛矿型氧化钛颗粒 4的浆料中，然后在400～550℃中进行烧结，如图2(c)所示，在拉伸钛网片 11的正反两面以及贯通孔2的内壁面形成光催化剂层5。
氧化钛薄膜3和光催化剂层5由于变成氧化钛之间进行结合，因此其结合 性非常强，其结果是不易剥离光催化剂层5。
需要说明的是，担载锐钛矿型氧化钛颗粒4的方法除上述浸渍之外，还可 以进行如喷涂等。关于喷涂，可在喷涂分散有锐钛矿型氧化钛颗粒4的浆料后， 通过烧结形成光催化剂层5。
担载锐钛矿型氧化钛颗粒4后，优选地根据需要进行喷射风的工序。通过 该工序可以去除附着于表面的易剥离的氧化钛颗粒。这样一来可得到本实施方 式的光催化剂担载网状片S1。
通过上述方式得到的光催化剂担载网状片S1的开口率优选5～95％，更优 选10～80％。此时，提高了所得到的光催化剂担载网状片中的空气流动性，增 加了与光催化剂接触的机会，进一步提高了光催化剂的净化处理效率。
如上所述，根据本实施方式，氧化钛薄膜3和光催化剂层5由于变成氧化 钛之间进行结合，因此能够牢固担载作为光催化剂的锐钛矿型氧化钛并防止剥 离。
此外，通过使用具有周期性图案的网状钛片(拉伸钛网片11)增加表面积， 显著提高处理效率。因此，增加与光催化剂接触的机会，能够显著提高光催化 剂的净化处理效率。此外，通过使用网状钛片，即使不设置风扇等来生成空气 流，也可以通过自然的空气流得到光催化剂的净化处理效率。
进一步地，由阳极氧化薄膜构成的氧化钛薄膜3通过产生微米级的细微裂 纹8，不仅在其上面紧密结合光催化剂层5，而且还增加表面积，显著提高了处 理效率。此外，当用UV光照射时，在光催化剂层5的表面和氧化钛薄膜3的 界面发生漫反射/光散射，能够有效利用UV光。
此外，通过使用拉伸钛网片11，与蚀刻钛的现有技术(如专利文献1)相 比，能够控制制造成本，尤其是蚀刻成本。此外，耐热性、抗药物性也优异， 因此在苛刻的使用条件下也能够使用。
进一步地，光催化剂担载网状片S1形成为片状，因此通过配置光源可以进 行双面照射，还可以进行多层化，这种情况下能够期待进一步提高光催化剂效 果。
(第二实施方式)
图3中示出本发明光催化剂担载网状片的其他实施方式中的概略图。省略 了与上述实施方式相同的部分的说明。图3中示出本实施方式的光催化剂担载 网状片的一部分，示出其放大概略图以及截面概略图。
本实施方式的光催化剂担载网状片S2中，钛丝网片12的表面形成氧化钛 薄膜3，在该氧化钛薄膜3担载锐钛矿型氧化钛颗粒4而形成光催化剂层5。
钛丝网片12与拉伸钛网片11一样，是具有周期性图案的网状钛片，因此 表面积增加，处理效率显著提高。因此，增加了接触光催化剂的机会，能够显 著提高光催化剂的净化处理效率。
此外，通过使用钛丝网片12，与蚀刻钛的现有技术(如专利文献1)相比， 能够控制制造成本，尤其是蚀刻成本。此外，耐热性、抗药物性也优异，因此 在苛刻的使用条件下也能够使用。
钛丝网片12通过编织钛丝而得到。图3所示的钛丝网片12是平纹编织的 例子，但是并不局限于此，还可以有其他编织方式，例如斜纹编织、密纹编织、 平纹密纹编织、斜纹密纹编织等。
钛丝网片12的开口率优选5～95％，更优选10～80％。此时，提高了所得到 的光催化剂担载网状片中的空气流动性，增加了与光催化剂接触的机会，因此 进一步提高了光催化剂的净化处理效率。此外，拉伸钛网片的密度上升，确保 所希望的强度，在应用到空气净化器等部件时也易于保持所希望的形状。
另外，钛丝网片12的开口部的大小与所得的光催化剂担载片的开口部的大 小几乎相同。
钛丝的直径优选50～5000μm。
此外，钛丝网片12的厚度优选0.05～3mm。
钛丝网片12是具有周期性图案的网状钛片，但不是所有位置必须都成为周 期性图案，优选50％以上为周期性图案，更优选80％以上为周期性图案。
(第三实施方式)
接下来，以包括本发明的光催化剂担载网状片的空气净化器为例进行说明。 如图4所示，将上述实施方式中的光催化剂担载网状片S1、S2卷绕成圆筒状， 其中心配置紫外线光源9成为光催化剂单元U1，将其配置为暴露在经过空气净 化器的处理室10内的空气流中进行使用。
本发明的光催化剂担载网状片是柔性的，可以制成圆筒状、球形、波纹形、 漏斗形等各种形状进行使用，根据空气净化器的规格可以弯曲或卷绕成任何形 状。
实施例
下面通过实施例详细说明本发明，但是本发明并不局限于下述实施例。
(实施例1)
使用THANK-METAL有限公司制造的辊压机对钛片进行冲压加工，按 0.1mm间隔形成贯通所述钛片的多个伤痕。通过拉伸该钛片得到具有周期性图 案的拉伸钛网片(厚度：0.2mm)。此时，所得到的拉伸钛网片的开口率为48％。 此外，拉伸钛网片的开口率的短方向的长度为0.3mm，长方向的长度为0.7mm。
接下来，如下述一样进行了形成氧化钛薄膜的阳极氧化处理。阳极氧化处 理是在磷酸浴(3％的磷酸水溶液)中，在作为阳极的拉伸钛网片与阴极之间施 加预定电压，拉伸钛网片的表面被氧化而形成阳极氧化薄膜。
接下来，对形成氧化薄膜的拉伸钛网片进行加热处理。加热是在大气中、 450℃下加热2个小时。通过进行加热处理，形成阳极氧化薄膜被加热的氧化钛 薄膜。本实施例中，形成厚度为70～150nm的薄膜。
将表面形成氧化薄膜的拉伸钛网片浸渍在分散有锐钛矿型氧化钛颗粒的浆 料中，然后将其在400～450℃中进行烧结，担载锐钛矿型氧化钛颗粒，形成光 催化剂层。之后，进行喷射风的工序，去除附着于表面的易剥离的氧化钛颗粒。 这样一来可得到本实施例的光催化剂担载网状片。本实施例中得到的光催化剂 担载网状片的开口率为47％。
接下来，对本实施例得到的光催化剂担载网状片进行以下评价。评价是在 容积1m3的密闭空间内放置如图4所示的空气净化器，向该空气净化器吹送风 速5.5m/s的风，同时随时间经过测量该密闭空间内预设浓度的乙醛的浓度变化。 此外，空气净化器中放置双重卷绕A5大小的光催化剂担载网状片S1的光催化 剂单元U1，在中心配置波长254nm的紫外线光源9，配置为暴露于流过处理室 10内的空气流。
结果如图5所示。图5中的(A)示出了本实施例中得到的光催化剂担载 网状片的结果。图5中的(B)是对专利文献1的光催化剂片进行与上述相同 的测量时的曲线图。需要说明的是，图5中的(B)是对钛箔进行非周期性图 案的蚀刻处理而具备非周期性海绵结构，其表面担载锐钛矿型氧化钛颗粒的结 果。
如图中所示可知，根据本实施例得到的光催化剂担载网状片，随着时间推 移，乙醛气体的浓度(ppm)下降，得到良好的除臭性能。在图5中的(B)所 示的例子中也得到了良好的结果，但是本实施例中得到的光催化剂担载网状片 的处理效率相比图5中的(B)的结果提高了约25％，得到了更好的结果。
(实施例2)
接下来，实施例1中，除了将拉伸钛网片换为钛丝网片之外，与实施例1 相同的方式制作了光催化剂担载网状片。本实施例中的钛丝网片是对直径 100μm的钛丝进行平纹编织所得到的，开口率为52％。此外，本实施例中所得 到的光催化剂担载网状片的开口率为52％。对于所得到的光催化剂担载网状片 进行与实施例1相同的评价时，得到了良好的结果。
工业实用性
本发明可应用于净化医疗设施、工厂、住宅、办公室等空气的空气净化器， 以及净化水的净水器、搭载空气净化功能的防蚊装置。

Claims (9)

1.一种光催化剂担载网状片，其特征在于，在具有周期性图案的网状钛片的表面上形成氧化钛薄膜，在该氧化钛薄膜上担载有锐钛矿型氧化钛颗粒。
2.根据权利要求1所述的光催化剂担载网状片，其特征在于，开口率为10～80％。
3.一种空气净化器，其特征在于，包括：权利要求1或2所述的光催化剂担载网状片。
4.一种光催化剂担载网状片的制造方法，其特征在于，
在由钛构成的金属基板上周期性形成多个伤痕，拉伸所述金属基板制成具有周期性图案的网状的拉伸钛网片；
对该拉伸钛网片进行阳极氧化处理和加热处理，在其表面形成氧化钛薄膜；
在该氧化钛薄膜上担载锐钛矿型氧化钛颗粒。
5.根据权利要求4所述的光催化剂担载网状片的制造方法，其特征在于，对所述拉伸钛网片进行粗加工后，进行所述阳极氧化处理和加热处理。
6.根据权利要求4或5所述的光催化剂担载网状片的制造方法，其特征在于，所述拉伸钛网片的开口部的短方向的长度为0.05～5mm，长方向的长度为0.1～10mm。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的光催化剂担载网状片的制造方法，其特征在于，所述多个伤痕通过冲压加工或激光照射而形成。
8.一种光催化剂担载网状片的制造方法，其特征在于，
编织钛丝制成具有周期性图案的网状的钛丝网片；
对该钛丝网片进行阳极氧化处理和加热处理，在其表面形成氧化钛薄膜；
在该氧化钛薄膜上担载锐钛矿型氧化钛颗粒。
9.根据权利要求8所述的光催化剂担载网状片的制造方法，其特征在于，所述钛丝网片从平纹编织、斜纹编织、密纹编织、平纹密纹编织以及斜纹密纹编织中选择。
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