CN1378878A - 光催化剂模块、光催化剂模块的生产方法以及光催化剂反应装置 - Google Patents

光催化剂模块、光催化剂模块的生产方法以及光催化剂反应装置 Download PDF

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Abstract

公开了一种光催化剂模块,其包括:基体,比如说一种金属板;一光催化剂层,如氧化钛层;以及布置在基体和光催化剂层之间的、含硅酸锂的保护层。其中保护层能有效地经受采用火焰喷涂法形成光催化剂层时的热量并能防止基体的氧化和/或分解。

Description

光催化剂模块、光催化剂模块的生产方法 以及光催化剂反应装置
技术领域
本发明涉及一种光催化剂模块、一种生产光催化剂模块的方法以及一种带有该光催化剂模块的光催化剂反应装置。更具体地，本发明涉及一种包括基体、光催化剂以及布置在基体和光催化剂之间的保护层的光催化剂模块；一种生产该光催化剂模块的方法；以及带有该光催化剂模块的光催化剂反应装置。此外，本发明还涉及一种包含水箱的光催化剂反应装置，该水箱中有所述光催化剂。
背景技术
光催化剂通常以层的形式形成在物体即一种基体的表面，其用来将粘附在光催化剂上或与光催化剂接触的外部物质氧化或分解掉或者用来清除微生物。然而，这其中存在一个问题，由于光催化剂对基体具有很强的氧化作用或分解作用，因此光催化剂会与基体反应并将基体氧化或分解。
采用粘合剂将光催化剂的活性成分(如二氧化钛)加载或涂到基体表面是一种公知的形成一层光催化剂的方法。然而，在该方法中由于光催化剂的表面也会有涂层因而光催化剂表面氧的还原被延迟从而使光催化剂的激发活性变弱。另一方面还有一种不采用粘合剂方法，其将光催化剂形成于一个层中，这样光催化剂的暴露表面形成于基体的表面。在光催化剂反应效率方面，该方法是优选方法，因为光催化剂暴露于基体表面的活性成分越多，活性成分越容易接收到紫外线，从而提高光催化剂的激发活性。然而，当采用比如火焰喷涂法形成一层光催化剂在基体表面形成光催化剂的暴露面时，光催化剂活性成分的颗粒之间会形成微小的空隙，进入该空隙的紫外线会引起诸如基体氧化和分解的问题。
发明内容
本发明的一个方面是提供一种光催化剂模块，其具有很强的光催化作用并能保护基体免于氧化和/或分解。
本发明另一个方面是提供一种生产上述光催化剂模块的方法。
本发明的又一个方面是提供一种光催化剂反应装置，其用来氧化或分解水中需被分解的物质或者用来杀灭水中的微生物，而装置本身不会有任何损伤。
本发明的又一个方面是提供一种包含水箱的光催化剂反应装置，光催化剂通过一保护层形成于水箱至少一部分内壁表面，从而将待处理的水进行净化或消毒。
术语“模块”是指如设备、装置等物体中的一个独立部分或元件(这包括物体中的一个部件或物体的一部分)。此后所用的术语“光催化剂模块”是指带有光催化剂或其表面带有一层光催化剂的物体的元件。此外，此后所用的术语“光催化剂模块”还指一种包含光催化剂、反应装置的一部分内壁表面、以及位于催化剂和壁之间的保护层的结构。
作为一种解决上述问题的方式，本发明的光催化剂模块首先概括如下：
(1)一种光催化剂模块，其包含一个基体、光催化剂、以及位于基体和光催化剂之间的一层含硅酸锂的保护层。
对于上述(1)所概述的光催化剂模块，由于基体和光催化剂之间有保护层而该保护层中含有不会被光催化剂氧化或分解的硅酸锂，因此其可防止基体的氧化或分解。
该光催化剂通常采用层的形式。另一方面，含有硅酸锂的保护层具有足够大的热阻，因此本发明才有可能采用火焰喷涂法来形成光催化剂层并进而获得光催化剂模块，这里光催化剂的温度可高于1000℃，光催化剂表面为暴露面。
上面(1)所述的本发明光催化剂模块的更多实施方案以及这些实施方案的优点描述如下。
(2)如上面段落(1)所述的光催化剂模块，其中含硅酸锂的保护层为一层膜，该膜是通过在基体表面涂上一层涂料来形成的。该涂料由一种含有80-90％重量的硅酸锂和10-20％重量的硅酸钠的载体制备而成。
在上面(2)中所述的光催化剂模块中，由于保护层是通过涂上一层涂料得到的，而该涂料是由一种载体制备而成，而该载体是由硅酸锂和硅酸钠按一定比例制成，因此保护层的表面很少会出现缝隙，这样就能放心地形成光催化剂层，即上层。
(3)如上面段落(2)所述的光催化剂模块，其中载体中进一步含有基于载体总重量0.1到10％的树脂乳液，该树脂乳液在pH值等于11到12的碱性条件下不会胶凝。
上面(3)中所述的光催化剂模块在总体上具有很高的阻水性，这里因为载体中加入了树脂乳液从而使形成的保护层具有很高的阻水性。
(4)如上面段落(1)到(3)中任何一段所述的光催化剂模块，其中光催化剂为二氧化钛。
根据上面(4)中所述的光催化剂模块，由于催化剂中含有二氧化钛，因此对粘附在光催化剂模块上的物质会形成很强的分解作用，而空气中的微生物则会因光催化剂强大的氧化作用和分解作用而被杀死。
本发明更为具体的实施方案的光催化剂模块描述如下：
(5)如段落(1)到(4)中任何一段所述的光催化剂模块，其中该光催化剂的形状为一层颗粒。
第二，一种生产本发明光催化剂模块的方法，其概述如下：
(6)一种生产光催化剂模块的方法，其中模块表面具有一层光催化剂，该方法包括：在一基体上形成一含硅酸锂的膜；然后在该膜的表面形成光催化剂层。
根据上面段落(6)所述的生产本发明光催化剂模块的方法，由于基体表面和光催化剂层之间有一层保护层，因此在所获得的光催化剂模块中，基体不会被氧化或分解。
上面段落(6)中概述的生产本发明光催化剂模块的方法的更多实例以及这些实例的优点描述如下。
(7)如上面段落(6)所述的生产一种光催化剂模块的方法，其中该含硅酸锂的膜是通过基体表面涂上一层涂料来形成的，该涂料由一种含有80-90％重量硅酸锂和10-20％重量硅酸钠的载体制备而成。
上面段落(7)中所述的生产一种光催化剂模块的方法具有以下优点：可放心并且容易地形成上层即光催化剂层，这是因为保护层是通过涂上一层涂料先在基体表面上形成，而该涂料是由一种载体制备而成，而该载体中含有特定比例的硅酸锂和硅酸钠，这样保护层的表面很难出现缝隙，甚至在加入增量颜料时也很难出现缝隙。
(8)如上面段落(7)所述的生产一种光催化剂模块的方法，其中载体进一步含有载体总重0.1到10％的树脂乳液，该树脂乳液在pH值等于11到12的碱性条件下不会胶凝。
根据上面(8)中所述的生产本发明一种光催化剂模块的方法，其中所获得的光催化剂模块在总体上具有良好的阻水性，这里因为载体中加入了树脂乳液从而使硅酸锂膜的阻水性有所提高。
(9)如上面段落(6)到(8)中任何一段所述的生产一种光催化剂模块的方法，其中硅酸锂中氧化锂(Li2O)和二氧化硅(SiO2)的摩尔比(氧化锂∶二氧化硅)为1∶3。
根据上面段落(9)中所述的生产本发明一种光催化剂模块的方法，通过采用氧化锂和二氧化硅摩尔比为1∶3的硅酸锂，就有可能提高硅酸锂膜与基体如一种金属表面的粘接强度，并且硅酸锂膜面的光催化剂层可变得更加牢固。
(10)如上面段落(6)到(9)中任何一段所述的生产一种光催化剂模块的方法，其中该光催化剂层的形成是通过火焰喷涂法来实现的。
根据上面段落(10)所述的生产本发明一种光催化剂模块的方法，就能得到一种光催化剂模块，并且该光催化剂模块的表面布置有一种光催化剂的活性成分，从而能使其产生很强的光催化作用。
第三，本发明的一种光催化剂反应装置，其概述如下：
(11)一种光催化剂反应装置，其装备有段落(1)到(5)中任何一段所述的光催化剂模块。
此后所用的术语“光催化剂反应装置”首先是指一种主要用于光催化反应的装置。这样的装置例如可以是一个反应池或反应罐，其中通过光催化作用对水或类似物进行纯化。此外，此后所用的术语“光催化剂反应装置”还指一种物体(包括器械、装置、设备及类似物)，如一种道路的隔音壁和交通标志，其中光催化剂就形成在它们的表面上从而可将空气中的杂质如氮的氧化物(NOx)和硫的氧化物(SOx)分解掉或者用来防止空气污染。这类物体主要具有其它的功能，但其次也希望具有光催化作用。
根据上面段落(11)中概述的光催化剂反应装置，当该装置用于纯化水或净化空气污染物时，其还具有段落(1)到(5)中光催化剂模块所具有的作用。
上面段落(11)中概述的本发明光催化剂反应装置的更多实施方案以及这些实施方案的优点描述如下。
(12)一种包含一个水箱的光催化剂反应装置，其包括：段落(1)到(5)中任何一段所述的一种光催化剂模块、引水装置、排水装置、以及发射紫外线的装置。
根据上面段落(12)所述的光催化剂反应装置，通过照射紫外线，水中会形成羟基或过氧化物，这样就能对水进行杀菌消毒并将水中所含的有机化合物分解掉。
(13)一种包含一个水箱的光催化剂反应装置，其至少在水箱的一部分内壁表面上通过一层含硅酸锂的保护层而形成光催化剂，该水箱进一步具有一个将待处理的水引进来的装置、一个将处理后的水排出的装置、以及用来照射紫外线的装置，每一个装置安装在水箱中或水箱上。
上面段落(13)中所述的光催化剂反应装置在实际使用中能够很方便地用来对水进行杀菌消毒。
(14)上面段落(13)中所述的光催化剂反应装置，其中该装置包括：至少两个串联的水箱；在第一水箱中照射紫外线的一个装置，其照射出的紫外线为170到260nm的中波；在第二水箱中照射紫外线的一个装置，其照射出的紫外线为310到370nm的长波。
根据上面段落(14)所述的光催化剂反应装置，通过照射中波紫外线而形成的羟基或过氧化物通过接收长波的紫外线照射分别转变回水或氧从而获得纯化的水。
(15)上面段落(14)中所述的光催化剂反应装置，其中该装置进一步包括一个用来将臭氧与待处理的水进行混合的罐，该罐按处理的顺序放在第一水箱的前面，其中臭氧是通过对空气照射波长为183到184nm的短波紫外线来形成。
根据上面段落(15)中描述的光催化剂反应装置，在有光催化剂的条件下，在用紫外线对水进行照射之前，通过将臭氧与待净化的水进行接触来对水进行有效地消毒。
附图的简要说明
图1为本发明光催化剂模块剖面结构的示意图；
图2为传统光催化剂模块剖面结构的示意图；
图3为传统光催化剂模块表面状态的示意图；
图4为本发明一例光催化剂反应装置的示意图；
图5为一例用来进行水处理的装置的示意图，该装置包括本发明的光催化剂反应装置。
在这些图中，1和2为光催化剂模块，11为光催化剂层，13为基体，15为保护层(其涂有硅酸锂膜)，S为空隙，21为反应罐，21A和21B为反应罐，其在水处理装置中用作照射紫外线的设备，31、31A和31B为紫外灯，35为壁，40为管道，41为引水口，43为排水口，45为除气口，50为水处理装置，51为泵，52为引入空气并照射紫外线的设备，53为罐，该罐用来将水和臭氧进行混合并贮存该混合物。
最佳实施方式
如上所述，术语“光催化剂模块”是指其表面带有(一层)光催化剂的物体。本发明的光催化剂模块主要包括：基体，光催化剂，以及基体和光催化剂之间的保护层。
基体材料没有特殊要求，甚至于那些很容易被光催化剂氧化或分解的金属或合成树脂都能用作本发明光催化剂模块的基体材料。作为举例，金属可以是铁和铝。
对于光催化剂的材料，其优选是例如氧化钛(二氧化钛)。氧化钛包括金红石型、板钛矿型、以及锐钛矿型的晶体结构，由锐钛矿型晶体结构构成的氧化钛优选用于本发明。该光催化剂通常为一层颗粒的形式。
保护层由含硅酸锂的涂膜构成。这里有几种类型的硅酸锂，它们在氧化锂(Li2O)和二氧化硅(SiO2)摩尔比(氧化锂∶二氧化硅)上不同。其中优选采用氧化锂和二氧化硅摩尔为1∶3的硅酸锂，因为这种氧化锂同基体之间具有很高的粘接强度。例如，作为上述硅酸锂的例子，可以使用硅酸锂#35(其是Japan Chemical Industry公司所生产的硅酸锂的商品名称，该公司日文名称为Nihon Kagaku KogyoKabushiki Kaisha)。
下面将更为详细的描述一种生产本发明的一种光催化剂模块的方法。
本发明的光催化剂模块最好由以下方法生产：在一基体的表面形成一层含有硅酸锂的膜；然后在该保护层上形成一层光催化剂。首先，该保护层为一层膜，该膜是通过在基体表面涂上一层涂料来形成的，该涂料由一种载体制备而成，该载体优选含有80-90％重量的、更优选为85-90％重量的硅酸锂和10-20％重量的、更优选为10-15％重量的硅酸钠。通常来说，水性涂料是很难形成坚硬的涂膜的。硅酸锂膜有一个缺点，这就是尽管仅由硅酸锂形成的涂膜在膜很薄时不会形成裂缝，但是当膜具有一定厚度或者在涂料中加入增量颜料时，膜中会形成蜘蛛网式的裂缝。因此，到目前为止，硅酸锂几乎不用作涂料。然而，当在硅酸锂中加入硅酸钠时，就能防止裂缝的形成。
也就是说，当载体中含有10％重量或更多的硅酸钠时，可大大减少裂缝的出现。当载体中含有15％重量或更多的硅酸钠时，可基本防止裂缝的出现。然而当硅酸钠的量太多时，保护层很容易溶解到水中，保护层的阻水性会降低。因此，载体中所含硅酸钠的上限优选为20％重量。
尽管当载体中含有约15％重量的硅酸钠时，由该载体预制成的涂膜在阻水性方面开始时会有所下降，但经过很长一段时间后(例如3到6个月)，由于硅酸钠与空气中的碳酸盐等反应从而形成难溶于水的物质，因而阻水性会增加。
此外，在载体中加入水性树脂乳液后就能在很短的时间内提高硅酸锂涂膜的阻水性。也就是说，树脂乳液分散到含硅酸锂和硅酸钠的涂膜后就可防止涂膜的溶解。因此，例如当浸没在水中时，加入树脂乳液使其阻水性提高的膜会从透明变白，但其不会溶解到水中。
从维持长贮存期的角度而言，上述液态乳液应优选为在pH为11到12左右的强碱性条件下不会胶凝。这是因为上述含有硅酸锂和硅酸钠的载体会变成pH为11到12左右的强碱性载体，这时许多水性树脂乳液会胶凝成橡胶(坏掉)状。
树脂乳液可优选采用例如丙烯酸乳液，也可优选采用市场上可获得的树脂乳液。其中Rika Bond ES-56(其是Central Science Industry公司所生产的一种丙烯酸乳液的商品名称，该公司日文名称为ChuoRika Kogyo Kabushiki Kaisha)就是一种丙烯酸乳液。
树脂乳液优选以约10％重量或更少的量加到上述载体中，例如约0.1到10％重量，或更好的是约5到10％重量。当加入的树脂乳液的量太大时，有时将不能获得无机材料所固有的具有硬质表面的、绝热并防火的保护层。因此，树脂乳液优选为以上述范围加入。
在增量颜料如白色氧化铝加入载体的同时不停地慢慢搅拌，使载体中没有块状的增量颜料，接着在其中加入调色的颜料如钛白，然后对载体进行过滤，这样载体就转变成一种涂料。对于增量颜料来说，其颗粒度优选为400目或更小。过滤优选采用80目的过滤介质(比如尼龙滤网)。
当如此获得的、含硅酸锂的涂料涂到不吸水的基体如钢上时，基体表面可一共需涂两道，每一道的量为100到150g/m2。膜的厚度优选为约0.5到0.75mm。
当把涂料涂到由吸水性材料做成的基体如混凝土或砂浆上时，可先用涂辊将硅酸锂和水按1∶1混合后形成的液体以200到300g/m2涂到基体上形成底漆，然后使涂膜干化，再用涂辊将上述涂料按150g/m2的量(在涂两道或更多道涂料时，涂辊表面会变花)在上面再涂一遍以形成光滑表面，然后再使涂膜干化，接着再涂最后一道顶层涂料，涂量仍为150g/m2，其用来调色。
这样形成的硅酸锂涂膜具有以下优点：(1)与有机膜相比，这种膜具有很高的耐热性，其可经受900℃以上的高温，并且不会燃烧。此外，该膜甚至在有火的时候也不会形成有毒气体，因此非常安全。(2)该膜经久耐用，并且由于其中混入了大量的金属氧化物的精细颗粒，其还具有良好的耐磨性。(3)由于该膜具有广泛的耐酸、耐化学试剂、以及耐油性，因此该膜可广泛用于各种用途中。(4)当基体具有吸水性时，由于部分涂料可渗透到基体中并与基体形成一个整体，因此该膜与基体之间具有非常好的粘接强度。(5)工人在使用这种膜时安全性很高。通常在工业生产中，有机涂料大多会与溶剂或固化剂一同使用，因此很多时候都会产生易燃气体或者使工人吸入后使皮肤过敏的气体。而使用硅酸锂涂料时就不必担心会存在这些问题。(6)由于该膜具有耐磨性以及很高的防尘作用，因此在采用该膜后，其可在很长时间内防止混凝土基体或钢质基体退化变质。
尽管可采用一种已知的方法在含硅酸锂的保护层的表面上形成一层光催化剂，比如火焰喷涂法或溶胶-凝胶法，但优选采用火焰喷涂法，这是因为火焰喷涂法可使光催化剂的活性成分暴露在表面。在选择火焰喷涂法后，可进一步选用等离子空气喷涂法(APS)、等离子低压喷涂法(LPC)或者高速火焰喷涂法(HVOF)，优选采用等离子空气喷涂法(APS)。
在采用比如等离子空气喷涂法来形成光催化剂层或膜时，光催化剂的颗粒尺度可调整到约10-60μm，然后将粒状粘合剂如聚乙烯醇(PVA)加到其中，接着将混合物在10,000到20,000℃的高温进行喷涂，这时喷涂的基体(硅酸锂膜)表面温度变到约200到约300℃。尽管所喷涂的光催化剂颗粒的优选飞行速度可根据颗粒尺寸和密度的不同而有所不同，但其速度优选在约100到约300米/秒之间。光催化剂层的厚度优选为约在0.3到0.5mm之间。此外，优选将光催化剂层调整到：粘接强度为150到400kg/cm2、孔隙容量为1到10％、硬度约在650到800kg/mm之间。
作为本发明的光催化剂反应装置，至少在装置的一部分上带有上述的光催化剂模块。在一优选实施方案中，本发明的光催化剂反应装置包括一个装备有光催化剂模块的水箱。在本发明的光催化剂反应装置中，光催化剂可通过一层含硅酸锂的保护层做到水箱至少一部分内壁表面上，而不必采用光催化剂模块。
如上所述，本发明的光催化剂反应装置不仅是指一种主要用来进行光催化反应的装置，还指一种物体(包括器械、装置、设备及类似物)，该物体在其表面具有一层用来分解污染物、控制污染、或者杀灭细菌的光催化剂，并且该物体在具有其它功能时还附带具有光催化作用。这种物体很多，例如水净化装置、空气清新设备、除臭设备、道路的隔音壁、交通标记、照明器材的灯罩、建筑物的外壁或内壁以及瓷砖。
现在，参见附图来详细描述本发明。图1为本发明光催化剂模块1剖面结构的示意图，图2为传统的光催化剂模块2剖面结构的示意图，图3为传统光催化剂模块表面状态的示意图，其中光催化剂层由火焰喷涂法形成。如上所述，在光催化剂颗粒层11直接形成在基体13表面例如金属板表面的光催化剂模块2中，如图2特别是图3所示，球形的活性成分(比如，氧化钛颗粒)之间不可避免会形成空隙S。这样，当紫外线进入空隙S时，基体13因光催化作用而被氧化或分解。比如，当基体13为金属板时，基体表面会集锈。
与光催化剂模块2相反，如图1所示，在光催化剂模块1中，含有无机硅酸锂、不会被光催化剂分解的膜15作为保护层放在基体13和光催化剂层11之间。这样，就能防止基体因光催化作用而退化变质。此外，由于含硅酸锂的膜15同时具有耐热性和粘接性，因此可将光催化剂在高温下经火焰喷涂法形成光催化剂层11，膜15甚至还可用作粘接剂来增加基体13的表面与光催化剂层11之间的粘接性。
图4是作为本发明的光催化剂反应装置例子的水净化装置中，反应罐21剖面结构的示意图。反应罐21为圆柱形，其中心带有用来照射紫外线的部分31，并通过保护层15(硅酸锂膜)而带有一层包含氧化钛的光催化剂层11，膜15形成在反应罐21的内壁35上。为了便于说明，对图中光催化剂层11和保护层15的厚度进行了放大。反应罐21的构造如下：被处理的液体(例如污水)从引水口41流到反应罐中，然后在反应罐21中向上运动，再着从排水口43排出。反应罐21内，被处理的水在向上运动的过程中，经紫外线照射和光催化作用而被净化，其中紫外线从发射紫外线的部分31上发出。也就是说，发射紫外线的部分31所发出的紫外线到达光催化剂层11的表面，然后有效地形成羟基自由基和过氧化物阴离子以分解或杀灭水中所含的、与光催化剂接触的目标处理物。这类目标物质可举例包括：很难分解的物质如含氯的有机化合物、其它的有机物、以及微生物。在水净化装置的反应罐21中，由于壁35不可避免需要与水接触，而且还要连续地接收一定强度的紫外线辐射，因此壁35(对应于基体)通常放在易形成光催化作用的条件下。然而，在图4所示的反应罐21中，由于光催化剂层11和壁35相互之间由保护层15隔开，因此可保证壁35的材料不会退化变质(例如腐蚀)。
图5为一例用来进行水处理的装置的示意图，该装置包括本发明的光催化剂反应装置。水处理装置50包括：引水泵51；用来引入空气并对空气照射短波紫外线的设备52；将泵51引入的水和上述设备52中形成的臭氧混合并贮存该混合物的罐53；设备21A，其用来对罐53供入的水照射中波紫外线从而通过氧化作用将水中的细菌杀死并使水中的有机化合物氧化分解；设备21B，其用来对穿过设备21A的水照射长波紫外线。照射中波紫外线的设备21A和照射长波紫外线的设备21B在结构上与图4中所示的反应罐21基本相同，并且在它们的内壁上都带有保护层以及上述的光催化剂层。
在引入空气并照射短波紫外线的设备52中，可采用一个紫外线灯对空气照射波长比如为183到184nm(特别是184nm)的短波紫外线，这样空气中的氧分子(O2)就被转换成基态的氧原子(O)，其与周围的氧分子(O2)反应生成臭氧(O3)。该紫外线灯包括一个石英玻璃管，管中带有两个电极，在电极两端加上电压，就可获得特定波长的紫外线。在照射短波紫外线的设备中，形成的臭氧与泵51泵入的水混合后进入罐53，然后将罐53中贮存的、含有臭氧的水引到照射中波紫外线的设备21A中。
在照射中波紫外线的设备21A中，采用紫外线灯31A来辐射比如波长为254nm的中波紫外线。中波紫外线照射后，水中的臭氧分解成单线态的氧原子和单线态的氧分子。该阶段形成的活性氧(氧原子及类似物)具有很高的能量，从而可通过杀菌作用对水进行消毒，其甚至能分解含氯有机物(例如三卤甲烷)及类似物。
如上面图4所示，照射中波紫外线的设备21A的内壁上形成的光催化剂由水形成过氧离子(O2 -)和氢氧自由基(·OH)以及通过照射中波紫外线(比如254nm)而溶解的氧。这些过氧离子(O2 -)和氢氧自由基(·OH)具有很强的氧化能力以及分解细菌和有机化合物的能力。
在照射中波紫外线的设备21A中，被处理的水从设备上部形成的排水口排出并穿过管道40，从设备21B的下部进入照射长波紫外线的设备21B中。
在照射长波紫外线的设备21B中，用紫外线灯31B对照射中波紫外线的设备21A中所形成的活性氧原子及类似物照射长波紫外线(例如310-360nm)，这样水中的过氧化物(O2 -)就变成氧分子(O2)，而氢氧自由基(·OH)则从周围的水(H2O)中获得一个氢原子(H)形成活性水(H2O)，由此形成净化水。
实施例
现在参考下面的参照例、实施例、对比例以及测试例对本发明进行更为详细地描述。然而，应该理解本发明的保护范围并非由这些特定的例子来限定。
参照例(形成含硅酸锂的保护层)(1)载体的制备
这里有三种用来形成保护层的载体，其化学成分如表1，其制备步骤如下。
                   表1
                               (单位：重量份)
混合比 载体1 载体2 载体3
硅酸锂(*1) 85 80.75 76.5
硅酸钠(*2) 15 14.25 13.5
树脂乳液(*3) 0 5 10
*1硅酸锂#35(Japan Chemical Industry公司所生产硅酸锂的商品名称)*2硅酸钠#3(Japan Chemical Industry公司所生产硅酸钠的商品名称)*3 Rika Bond EX-56(Central Science Industry公司所生产的一种丙烯酸乳液的商品名称)<制备载体的步骤>
按重量将硅酸锂#35称好，加入硅酸钠#3，然后慢慢加入表1所示的树脂乳液，将混合物搅拌形成均质的载体。(在制备载体1时，不用加入树脂乳液)(2)涂料的制备
将白色的氧化铝颗粒(其颗粒尺度为400目或更小)加入载体的同时慢慢搅拌，使白色的氧化铝颗粒不形成块状。接着将钛白颗粒作为色料加入其中，在未形成块状颗粒时停止钛白颗粒的加入。然后将如此形成的混合物经尼龙布(其尺度为80目或更小)过滤后形成涂料。这样所形成的涂料，其化学成分如表2所示。
                          表2
                                (单位：重量份)
涂料1 涂料2
硅酸锂(*1) 38.25 34.4
硅酸钠(*2) 6.75 6.07
白色氧化铝(400目)(*3) 50 50
钛白(*4) 5 5
水 4.5～5 4.5～5
*1硅酸锂#35(Japan Chemical Industry公司所生产硅酸锂的商品名称)*2硅酸钠#3(Japan Chemical Industry公司所生产硅酸钠的商品名称)*3白色氧化铝43L(Showa Denko公司所生产的白色氧化铝的商品名称)*4 Curonosu(Titanium Industry公司所生产的钛白的商品名称)(3)涂膜的性能测试
将上述步骤得到的涂料涂在基体表面后所形成的涂膜按照JIS进行性能测试，其结果如下：(i)耐磨耗性(JIS K7204)
平均      0.42g
          0.09mm
测试条件：
磨轮：H-22，转数：1000，
测试载荷：4.9N(ii)抗候性(JIS A6909)
色差：0.3
感观色差：
      0～0.5        /弱
      0.5～1.5      /轻微
      1.5～3.0      /明显(iii)粘接强度(JIS A5909)
标准条件下：2.6N/mm2
浸水后：    2.8N/mm2(iv)滑动性(JIS A1454)
表面条件a(洁净干燥)：1.054
表面条件b(溅水)：    1.071(v)耐热性(按照JIS A6909 6.24的JIS A1321)
除臭方面是否降低：无
表面是否溶解：    无
是否有裂缝：      无
余辉时间：        0秒
火焰延缓率达到JIS A1321中的1。(vi)抗划伤性(铅笔硬度值：JIS K5400)
甚至在9H时也没有任何划痕。(vii)耐锈蚀性(JIS A1454，48小时点滴测试)
如表3所示，用化学试剂点滴测试48小时，结果也在表3中。
化学试剂 5％的硫酸 15％的硫酸 10％的盐酸 5％的醋酸 10％的乳酸 10％的柠檬酸 10％的氢氧化钠
结果 ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ Δ
评估标准：◎：外观没有变化，Δ：外观有一定变化，X外观变差。
实施例11.形成含硅酸锂的保护层将含硅酸锂的涂料(如表2中所示的涂料2)在基体-钢板的表面用涂辊涂两道，每一道的量为100到150g/m2，以形成0.5到0.75mm厚的保护层。2.形成光催化剂层
将氧化钛(二氧化钛)颗粒的尺寸调整到约10到60μm，聚乙烯醇(PVA)作为颗粒粘合剂混入其中。
将氧化钛颗粒和PVA的混合物经等离子空气喷涂法以10000到20000℃的高温喷涂到按上述步骤1形成于钢板表面的、含硅酸锂的保护层的表面，从而形成一层氧化钛的光催化剂层。如此形成的光催化剂层的厚度为0.3到0.5mm。此外，该光催化剂层的粘接强度为150到400kg/cm2、孔隙容量为1到10％、硬度在650到800kg/mm之间。
在这样的光催化剂模块中，光催化剂暴露在表面，因此光催化剂模块具有很高的光催化作用。对比例1
重复实施例1，不同的是没有使用含硅酸锂的保护层，使光催化剂直接形成在钢板的表面，这样就获得一个作为对比的光催化剂模块。对比例2
重复实施例1，不同的是没有使用含硅酸锂的保护层之外，使光催化剂直接形成在钢板的表面，这样就获得一个作为对比的光催化剂模块，其中光催化剂通过溶胶法在下面的条件下形成。
即，在溶胶法中光催化剂层如下形成：使1g的二氧化钛占满70m2的基体(钢板)表面，将该层在250到600℃下固化一个小时。此外，溶胶中二氧化钛颗粒的尺度为8到20nm。
如此形成的光催化剂层的厚度为0.51到1.0mm。光催化剂模块的测试
将实施例1以及对比例1和对比例2中的光催化剂模块分别进行测试以确定其抗腐蚀性。
<测试方法>
在实施例1以及对比例1和对比例2中的三个光催化剂样品的表面通过滴管分别滴上一滴测试液(10％的硫酸和10％盐酸)，其上有一个观察窗，光催化剂层和基体表面在1天、2天、3天或者1周后用肉眼评估其变质程度。
<测试结果>
任何一种被测试的光催化剂模块的光催化剂层都没有明显的变质。然而，当把光催化剂层和硅酸锂层去掉直接观察基体表面状况时，可以发现：实施例1中光催化剂模块的基体表面没有变质，但对比例1或对比例2的光催化剂模块的基体表面在3天或1周后确实出现了被无机酸腐蚀的痕迹。因此，当光催化剂模块耐受更长时间酸蚀测试后，估计腐蚀甚至会发展到基体的内部。
根据本发明可知，在基体和光催化剂层之间加入一层保护层可以防止基体的氧化和分解。此外，由于含硅酸锂的保护层具有很高的耐热性，因此可通过火焰喷涂法来形成光催化剂层和光催化剂模块。火焰喷涂法中催化剂的温度可高于1000℃，并且光催化剂模块中，光催化剂暴露在表面，因此该模块具有很高的活性。

Claims (15)

1、一种光催化剂模块，其包括基体、光催化剂、以及布置在基体和光催化剂层之间的、含硅酸锂的保护层。
2、根据权利要求1的光催化剂模块，其中所述含硅酸锂的保护层为一层膜，该膜通过将一种涂料涂在所述基体的表面形成，该涂料由一种内含80-90％重量硅酸锂和10-20％重量硅酸钠的载体制备而成。
3、根据权利要求2的光催化剂模块，其中所述载体进一步含0.1-10％重量的树脂乳液，该树脂乳液在pH值等于11到12的碱性条件下不会胶凝。
4、根据权利要求1到3中任何一项所述的光催化剂模块，其中所述光催化剂为氧化钛。
5、根据权利要求1到4中任何一项所述的光催化剂模块，其中所述光催化剂在形状上为一层颗粒。
6、一种生产光催化剂模块的方法，其中该光催化剂模块的表面具有一层光催化剂，该方法包括：在一基体上形成一含有硅酸锂的膜；然后在该膜的表面形成光催化剂层。
7、根据权利要求6的一种生产光催化剂模块的方法，其中所述含硅酸锂的膜是通过在所述基体表面涂上一层涂料来形成的，该涂料由一种内含80-90％重量硅酸锂和10-20％重量硅酸钠的载体制备而成。
8、根据权利要求7的一种生产光催化剂模块的方法，其中所述载体进一步含有0.1到10％重量的树脂乳液，该树脂乳液在pH值等于11到12的碱性条件下不会胶凝。
9、根据权利要求6到8中任何一项的一种生产光催化剂模块的方法，其中硅酸锂中氧化锂(Li2O)和二氧化硅(SiO2)的摩尔比(氧化锂：二氧化硅)为1∶3。
10、根据权利要求6到9中任何一项的一种生产光催化剂模块的方法，其中所述光催化剂层的形成是通过火焰喷涂法实现的。
11、一种光催化剂反应装置，其带有权利要求1到5中任何一项所述的光催化剂模块。
12、一种包含水箱的光催化剂反应装置，该水箱带有： 1到5中任何一项所述的光催化剂模块、引水装置、排水装置、以及照射紫外线的装置。
13、一种包含水箱的光催化剂反应装置，其至少在水箱的一部分内壁表面通过一层含硅酸锂的保护层而带有光催化剂，该水箱进一步包括：将待处理的水引进来的装置、将处理后的水排出的装置、以及用来照射紫外线的装置，每一个装置都在水箱上或水箱中。
14、根据权利要求13的光催化剂反应装置，其中所述装置包含：至少两个串联的水箱；在第一水箱中照射紫外线的一个装置，其用来照射170到260nm的中波紫外线；以及在第二水箱照射紫外线的一个装置，其用来照射310到370nm的长波紫外线。
15、权利要求14的光催化剂反应装置，其中所述装置进一步包含一个用来将臭氧与待处理的水进行混合的罐，该罐按处理的顺序放在所述第一水箱的前面，其中臭氧是通过对空气照射波长为183到184nm的短波紫外线来形成的。
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