一种防雾自洁净玻璃及其制备方法
【专利摘要】本发明公开一种防雾自洁净玻璃及其制备方法，所述的防雾自洁净玻璃包括玻璃基体和其上通过浸渍提拉法得到的防雾自清洁薄膜，所述的防雾自清洁薄膜优选为厚度为50-300nm的透明的TiO2薄膜；所述的TiO2薄膜，即纳米α-Fe2O3对TiO2进行掺杂所得，其中Fe的掺杂比例，按摩尔比计算，即Fe：Ti为1.05-1.25：100。其制备方法即首先采用溶液-凝胶法制备出钛醇盐凝胶，然后通过浸渍提拉法将其涂覆在洁净的玻璃基体表面形成均匀透明的TiO2薄膜，即得防雾自洁净玻璃。该防雾自洁净玻璃具有较高的光催化活性、超强的亲水性、杀菌能力及防雾和自洁净能力，生态环保，使用性能好、应用范围广。
【专利说明】一种防雾自洁净玻璃及其制备方法【技术领域】[0001]本发明主要涉及1102薄膜在新型玻璃材料开发领域的应用，是一种利用TiO2薄膜的亲水性和光催化性，达到新型玻璃材料防雾自洁净等优良性能的要求的装置。【背景技术】[0002]目前市场上用于玻璃防雾自洁净的措施主要分为以下四个方向:1、根据需求在玻璃表面用防雾清洁剂冲洗以形成一层水膜在一定时间内维持其功能；2、在玻璃基体表面镀一层透明的电热膜，电热膜两端接电。通过提升玻璃表面温度，使雾气难以在玻璃表面凝结；3、在玻璃表面镀一层具有亲水性的树脂等高分子材料薄膜，通过树脂薄膜的亲水性，吸附空气中的游离水分子提高玻璃的润湿程度，从而使光线照至表面时不再会有强烈的漫反射，实现了防雾功能；4、利用有些半导体材料在紫外光照射下具有一定的净化和防雾功能， 在玻璃基体表面镀半导体材料薄膜，实现防雾洁净功能。[0003]目前公开的专利主要有:1、湖南泰鑫瓷业有限公司的潘俊明发明的自洁净防雾玻璃的制造，专利号 200510072444.7。[0004]2、同济大学的贺蕴秋、张伟进发明的一种具有光催化自洁净功能的 Pl3+ / Τ?02杂化膜及其制备方法，专利号200610026077.1。[0005]3、大连轻工业学院、辽宁向东化工有限公司的王承遇、汤华娟、陶瑛、金山、陈海战发明的一种能杀菌和自洁净的涂掺杂锌的二氧化钛薄膜的玻璃，专利号200410020616.1。[0006]4、武汉理工大学的赵修建、余家国、吕在国、袁启华、徐麟发明的制备高活性二氧化钛薄膜自洁净玻璃材料的方法，专利号CN 1400185A。[0007]5、北京化工大学的张敬畅、胡博、张树、曹维良的双光子多功能的纳米复合膜的自洁净玻璃，专利号03137156.6。[0008]6、江门市蓬江区文森装饰材料有限公司的曾显华、王向军、吴陆刚、张哲发明的一种自清洁玻璃，专利号201120426972.0。[0009]在防雾自洁净玻璃的制造工艺中，镀若干层半导体光催化材料薄膜是一在防雾自洁净玻璃的制造工艺中，镀若干层半导体光催化材料薄膜是一种极为重要的方法，其中纳米TiO2因化学性能稳定、无毒、成本低易获取和抗光腐蚀性等优点，是当前最有应用潜力的光催化剂。在玻璃基体表面镀纳米TiO2薄膜，在紫外光的照射下，利用其自身的亲水性和光催化活性达到了防雾、自洁净和杀菌效果。但是，总反应速度较慢，光生载流子的复合迅速， 使TiO2的量子产率通常很低，而且，TiO2仅吸收紫外光，限制了它在日常条件下的应用，难以达到令人满意的使用性能。因此如何改性TiO2提高光催化效率使玻璃基体+改性T iO2 薄膜结构的玻璃在日常使用条件下增强其防雾自洁净效果并走向大规模产业化开发，是目前亟待解决的技术问题。[0010]进一步，虽然防雾自洁净玻璃技术在最近十多年得到了较快发展，但从整体上看目前仍处在产业化开发的前期，其应用程度受到一定制约，主要原因是:1、太阳能利用率低，虽然光催化材料TiO2由于其粒径小、表面积大、吸附性能好、吸收紫外线能力强、热稳定性好、无二次污染等特点，在光催化环境净化领域得到广泛应用，但由于TiO2薄膜的能带结构决定了膜层只能够吸收利用太阳光中的紫外线部分，但紫外线占照射到地面太阳光的 3%-5%，而可见光则占到46% ;2、量子产率低，总反应速度慢，光生载流子很容易重新复合， 直接影响光催化效率、杀菌、防雾效果。其4%~10%量子产率远满足不了自洁净玻璃的使用要求。要想强化玻璃自洁净效果就必须有新的技术来阻止光生载流子的重新复合。3、大面积镀膜困难，大面积镀膜工艺在技术上尚有难度，尤其是在大面积条件下如何保证TiO2 薄膜中的锐钛矿型结构高、膜层均匀一致。
【发明内容】
[0011]本发明的目的之一是为了解决上述的玻璃制品在建筑业的大量使用造成高层建筑幕墙清洗困难以及玻璃表面易结雾造成的视野不清晰等技术问题。而提供一种防雾自洁净玻璃，该防雾自洁净玻璃利用Fe3+拓展光催化反应在可见光区域的吸收范围和抑制电子-空穴对的复合上的显著优势提高光催化反应的活性，提高光量子产率，将其激发波长拓展到可见光区，提高光能利用率。[0012]本发明的目的之二在于提供上述的一种防雾自洁净玻璃的制备方法。[0013]本发明的技术原理一种防雾自洁净玻璃，在制备过程中，Fe元素成功地掺杂到TiO2中，Fes+/ TiO2薄膜中，形成涂覆有纳米Fe3+ / TiO2薄膜的防雾自洁净玻璃。掺杂Fe3+的TiO2不仅扩展了光催化剂的可见光回应也抑制了光生电子-空穴对的复合，提高了光催化效率。[0014]Fe3+的掺杂提高了 TiO2的光催化活性，一方面由于TiO2薄膜的光谱吸收带发生红移，从纯TiO2的380nm拓展到450nm，增大了对太阳光的利用率，另一方面Fe3+可以俘获光生电子，使光生空穴能够继续扩散到TiO2表面发生表面化学反应，生成具有强氧化性的活性物质超氧自由基和羟基自由基o/f。同时Fe3+捕获光生电子形成Fe2+，Fe2+使O2成为O; , Fe3+捕获光生空穴形成Fe4+，Fe4+使0H—成为自由羟基.0ii。具体反应如下:
【权利要求】
1.一种防雾自洁净玻璃，其特征在于所述的防雾自洁净玻璃包括玻璃基体 和其上通过浸溃提拉法得到的防雾自清洁薄膜，所述的防雾自清洁薄膜为透明的 Fe3+ / TiO2 薄膜；所述的透明的Fe3+ / TiO2薄膜，即纳米a -Fe2O3对TiO2进行掺杂所得，其中Fe的掺杂 比例，按摩尔比计算，即Fe =Ti为1.05-1.25:100 ；所述的玻璃基体为平板玻璃。
2.如权利要求1所述的防雾自洁净玻璃，其特征在于所述的防雾自清洁薄膜的厚度为 50_300nm。
3.如权利要求1所述的防雾自洁净玻璃，其特征在于所述的透明的Fes+/TiO2薄膜，SP 纳米a -Fe2O3对TiO2进行掺杂所得，其中Fe的掺杂比例，按摩尔比计算，即Fe =Ti为1.1: 100。
4.如权利要求1、2或3所述的一种防雾自洁净玻璃的制备方法，其特征在于具体包括 如下步骤:(I )、采用溶液-凝胶法制备Fe掺杂TiO2前驱体钛醇盐凝胶按摩尔比计算，即钛酸四正丁酯:无水乙醇:冰乙酸:去离子水为1:10:1:1的比例，将 钛酸四正丁酯、无水乙醇、冰乙酸和去离子水混合后得到溶液X ；(2)、向溶液X中加入纳米C1-Fe2O3形成溶液Y，然后使用磁力搅拌器剧烈搅拌直至溶 液Y完全澄清形成溶液Ζ，将所得的溶液Z超声波震荡处理60min后，室温下静置直至形成 透明或半透明的Fe3+ /TiO2凝胶；(3)、对玻璃基体进行预处理，首先用纯碱清洗玻璃基体表面的污溃，然后用无水乙醇 超声震荡30min、去离子水淋洗60min，在80°C下烘干，即得清洁无污染的玻璃基体；(4)、将步骤(3)所得的清洁无污染的玻璃基体浸入到步骤(2)所得的Fe3+/TiO2 凝 胶中，控制沉入速度4mm/s,停留时间3min,提拉速度3mm/s进行提拉涂覆，即得涂覆有湿膜 的玻璃基体，将所得的涂覆有湿膜的玻璃基体依次在2mol/L的硝酸水溶液和去离子水中 先后浸泡4h、lh，然后控制温度80°C，时间为15min进行烘干；(5)、重复步骤(4)1-3次，得到涂覆有Fes+ /TiO2薄膜的玻璃基体；(6)、将涂覆有Fe3+/TiO2薄膜的玻璃基体放入马弗炉中，控制温度为400-550°C煅烧 2h，自然冷却到室温，即得到防雾自洁净玻璃。
5.如权利要求4所述的一种防雾自洁净玻璃的制备方法，其特征在于步骤(6)中煅烧 温度为450°C。
【文档编号】B32B17/06GK103496223SQ201310442985
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年9月26日 优先权日:2013年9月26日
【发明者】吴江, 蔡雁南, 冯巧波, 李 灿, 胡程镇, 杨思源, 张冲, 倪补, 杨强, 张柳柳 申请人:上海电力学院