CN1491743A - 无机耐温载体表面负载梯度复合性能光催化薄膜的材料及制备 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种无机耐温载体表面负载复合性能光催化薄膜的材料及制备。是一种在玻璃或陶瓷载体表面制备复合光催化剂薄膜的方法，制备的薄膜具备梯度成分变化、梯度性能变化及蜂窝结构，有亲水性能。薄膜为3～10层，用不同配方的溶胶多次负载而成。溶胶由无水乙醇、钛酸丁酯和二乙醇胺、聚乙二醇、硅酸乙酯、糊化淀粉、可溶性淀粉、硝酸银或硝酸铜或硝酸锌搅拌混合而成。经洗净的玻璃或陶瓷载体表面浸渍或涂覆所述的溶胶后，经高温炭化、活化处理，形成高吸附性纳米活性炭及亲水性能的梯度复合光催化剂薄膜。
Description
技术领域
本发明涉及在玻璃、陶瓷等无机耐温载体材料表面，负载蜂窝结构的具备纳米活性炭与纳米二氧化硅，及复合TiO2光催化剂综合性能的梯度层光催化薄膜的材料及制备工艺。
背景技术
从发现利用光照条件下TiO2等光催化剂进行水的分解制备氢、氧以来，人们在研究利用光激发产生的电子和空穴进行光的光催化反应，特别是利用这种反应在治理环境方面得到很大发展。
光催化剂的光化学反应主要是在有氧及水存在条件下才能进行的反应，要将光催化反应大规模应用于环境治理。必须作很多的努力，特别是在为提高光催化效率的努力，才能实现这一目的。使普通的光催化剂材料增加具备其他许多需要的优异性能，将会极大提高光催化效率，促进光催化应用技术的发展。
发明内容
本发明的目的是针对上述技术构想，提出一种无机耐温载体表面负载梯度复合性能光催化膜的材料及制备方法。该材料载体表面具备原位合成纳米活性炭、纳米亲水性SiO2、纳米复合TiO2光催化性能，并且具备蜂窝结构的薄膜，薄膜为多层，由内层到外层的组成呈梯度变化。
本发明的技术方案是：一种无机耐温载体表面负载梯度复合性能光催化薄膜的材料，该材料的梯度复合性能光催化薄膜有3～10层，每层由原位合成的纳米活性炭与纳米二氧化硅及复合TiO2光催化剂组成，具备蜂窝结构，从贴载体表面的内层到最外层，其纳米活性炭与纳米二氧化硅含量逐层递增，复合TiO2光催化剂含量逐层递减。
本无机耐温载体表面负载梯度复合性能光催化薄膜的材料的制备步骤为：
1、将所需载体——玻璃或陶瓷置于氢氧化纳碱液内浸泡1～3小时，取出用水洗至中性，然后置于硝酸内浸泡1～3小时，取出用水洗至中性，干燥后备用；
2、取可溶性淀粉加入其重量1～10倍纯水，搅拌，加热溶化糊化后备用；
3、取无水乙醇分成所需份数和体积，分别加入相应份数的容器中，并向各容器中加入设定量的钛酸丁脂，硅酸乙脂，二乙醇胺，聚乙二醇，并向各容器中加入其钛酸丁脂重量0.1～10％的硝酸银或硝酸铜或硝酸锌，搅拌均匀得混合液；
4、取可溶性淀粉和步骤2得到的糊化淀粉，按设定量分别加入到步骤3所得到的各份混合液中，搅拌均匀得到设定的用于内层到外层的各种配比的溶胶；
5、将步骤1得到的载体依次浸渍步骤4得到的用于由内层到外层的溶胶，多次浸渍并干燥，从而在载体表面由内到外形成组成梯度变化的溶胶薄膜；
6、将步骤5得到的载有溶胶薄膜的载体在氮氩混合气保护气氛下，缓慢升温，并通入水蒸汽，在300～650℃，保温1～4小时，进行炭化、活化，烧结，然后降温到300℃停止加热，再随炉在上述保护气氛下冷却至室温，即制得无机耐温载体表面负载梯度复合性能光催化薄膜的材料。
上述制备方法所述的薄膜的各层溶胶组成按体积份数配比为：
无水乙醇 100 钛酸丁脂 10～60
硅酸乙脂 0～40 二乙醇胺 0.1～10
聚乙二醇为上述四个组份总重量的0.1～15％。
可溶性淀粉为上述五个组份总重量的1～30％。
含可溶性淀粉9～50％(重量)的糊化淀粉1～50。
硝酸银或硝酸铜或硝酸锌为钛酸丁脂重量的0.1～1.5％。
所述的薄膜的最内层即第一层所用的溶胶的组成按体积份数配比为：
无水乙醇 100 钛酸丁脂 20～60
硅酸乙脂 2～10 二乙醇胺 0.1～2
聚乙二醇为上述四个组份总重量的0.1～3％。
可溶性淀粉为上述五个组份总重量的1～5％。
含可溶性淀粉9～50％(重量)的糊化淀粉1～3。
硝酸银或硝酸铜或硝酸锌为钛酸丁脂重量的0.1～1％。
所述的薄膜的最外层所用的溶胶的组成按体积份数配比为：
无水乙醇 100 钛酸丁脂 10～30
硅酸乙脂 2～40 二乙醇胺 0.1～10
聚乙二醇为上述四个组份总重量的0.1～15％。
可溶性淀粉为上述组份总重量3～30％
含可溶性淀粉9～50％(重量)的糊化淀粉5～30。
硝酸银或硝酸铜或硝酸锌为钛酸丁脂重量的0.1～2.5％。
本发明的无机耐温载体表面负载梯度复合性能光催化薄膜的材料，因有原位合成的活性炭，吸附能力强；因在制备薄膜过程中加入的聚乙二醇在高温下挥发，而使薄膜形成蜂窝状结构，极大地增加了活性表面，提高了光催化效率，该材料可应用于空气、污水处理等方面。
具体实施方式
实施例1
1、将载体玻璃或陶瓷，浸入30％氢氧化钠液中，1小时后取出，用水洗至中性，然后置于硝酸中1～3小时，取出水洗至中性，再用无水乙醇脱水干燥后备用。
2、取淀粉50克，加入纯水500ml溶解，在加热和搅拌条件下，糊化后备用。
3、各层次溶胶的制备方法：(接近载体为第一层)
①第一层：
取钛酸丁酯30ml，加入60ml无水乙醇，加入硅酸乙脂2ml，加入二乙醇胺1ml，加入分子量为2000的聚乙二醇1克，加入硝酸银0.2克，共搅拌2小时，加入40ml无水乙醇及糊化淀粉4ml，加入可溶性淀粉4克，搅拌0.5小时合成溶胶备用。
②第二层：
取钛酸丁酯35ml，加入60ml无水乙醇，加入硅酸乙脂8ml，加入二乙醇胺3ml，加入分子量为2000的聚乙二醇1克，加入硝酸银0.4克，共搅拌2小时，加入60ml无水乙醇及糊化淀粉8ml，加入可溶性淀粉8克，搅拌0.5小时合成溶胶备用。
③第三层：
取钛酸丁酯40ml，加入60ml无水乙醇，加入硅酸乙脂12ml，加入二乙醇胺4ml，加入分子量为2000的聚乙二醇6克，加入硝酸银0.6克，共搅拌2小时，加入100ml无水乙醇及糊化淀粉16ml，加入可溶性淀粉6克，搅拌0.5小时合成溶胶备用。
④第四层：
取钛酸丁酯45ml，加入60ml无水乙醇，加入硅酸乙脂15ml，加入二乙醇胺6ml，加入分子量为2000的聚乙二醇10克，加入硝酸银1.0克，共搅拌2小时，加入160ml无水乙醇及糊化淀粉30ml，加入可溶性淀粉20克，搅拌0.5小时合成溶胶备用。
4、将载体置于第一层溶胶内，即刻取出，置入真空干燥箱内，于60～80℃干燥，取出冷却；再置于第二层溶胶内，即刻取出，于60～80℃干燥后，取出冷却；再置于第三层溶胶内，即刻取出，于60～80℃干燥后，取出冷却；然后置于第四层溶胶内，即刻取出，于60～80℃干燥后，取出冷却。
5、将负载溶胶膜的载体，置于通氮气30％，氩气70％混合气保护的炉内，慢慢升温，然后，通入水蒸汽，在氮氩气保护条件下升温到530℃，保温2小时后，降温到300℃，停止供应水蒸汽，继续在氮氩混合气保护条件下冷却到室温，即制得玻璃或陶瓷表面负载梯度复合性能光催化薄膜的材料。经检验，该材料表面具有蜂窝状结构，具有活性炭的高吸附性能和复合TiO2光催化剂的高光催化性能。
Claims (5)
1、一种无机耐温载体表面负载梯度复合性能光催化薄膜的材料，其特征在于梯度复合性能光催化薄膜有3～10层，每层由原位合成的纳米活性炭与纳米二氧化硅及复合TiO2光催化剂组成，具备蜂窝结构，从贴载体表面的内层到最外层，其纳米活性炭与纳米二氧化硅含量逐层递增，复合TiO2光催化剂含量逐层递减
2、权利要求1所述的无机耐温载体表面负载梯度复合性能光催化薄膜的材料的制备方法，其特征在于制备步骤为：
(1)、将所需载体——玻璃或陶瓷置于氢氧化纳碱液内浸泡1～3小时，取出用水洗至中性，然后置于硝酸内浸泡1～3小时，取出用水洗至中性，干燥后备用；
(2)、取可溶性淀粉加入其重量1～10倍纯水，搅拌，加热溶化糊化后备用；
(3)、取无水乙醇分成所需份数和体积，分加入相应份数的容器中，并向各容器中加入设定量的钛酸丁脂，硅酸乙脂，二乙醇胺，聚乙二醇，并向各容器中加入其钛酸丁脂重量0.1～10％的硝酸银或硝酸铜或硝酸锌，搅拌均匀得混合液；
(4)、取可溶性淀粉和步骤(2)得到的糊化淀粉按设定量分别加入到步骤(3)所得到的各份混合液中，搅拌均匀得到设定的用于内层到外层的各种配比的溶胶；
(5)、将步骤(1)得到的载体依次浸渍步骤(4)得到的用于由内层到外层的溶胶，多次浸渍并干燥，从而在载体表面由内到外形成组成梯度变化的溶胶薄膜；
(6)、将步骤(5)得到的载有溶胶薄膜的载体在氮氩混合气保护气氛下，缓慢升温，并通入水蒸汽，在300～650℃，保温1～4小时，进行炭化、活化，烧结，然后降温到300℃停止加热，再随炉在上述保护气氛下冷却至室温，即制得无机耐温载体表面负载梯度复合性能光催化薄膜的材料。
3、如权利要求2所述的方法，其特征在于所述的薄膜的各层溶胶组成按体积份数配比为：
无水乙醇 100 钛酸丁脂 1 0～60
硅酸乙脂 2～40 二乙醇胺 0.1～10
聚乙二醇为上述四个组份总重量的0.1～15％。
可溶性淀粉为上述五个组份总重量1～30％。
含可溶性淀粉9～50％(重量)的糊化淀粉1～50。
硝酸银或硝酸铜或硝酸锌为钛酸丁脂重量的0.1～1.5％。
4、如权利要求3所述的方法，其特征在于所述的最内层即第一层所用的溶胶的组成按体积份数配比为：
无水乙醇 100 钛酸丁脂 20～60
硅酸乙脂 2～10 二乙醇胺 0.1～2
聚乙二醇为上述四个组份总重量的0.1～3％，
可溶性淀粉为上述五个组份总重量1～5％，
含可溶性淀粉9～50％(重量)的糊化淀粉1～3，
硝酸银或硝酸铜或硝酸锌为钛酸丁脂重量的0.1～1％。
5、如权利要求2所述的方法，其特征在于所述的最外层所用的溶胶的组成按体积份数配比为：
无水乙醇 100 钛酸丁脂 10～30
硅酸乙脂 2～40 二乙醇胺 0.1～10
分子量2000的聚乙二醇为上述四个组份总重量的0.1～15％，
可溶性淀粉为上述五个组份总重量3～30％
含可溶性淀粉9～50％(重量)的糊化淀粉5～30，
硝酸银或硝酸铜或硝酸锌为钛酸丁脂重量的0.1～2.5％。
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