一种网状可见光敏二氧化钛薄膜及其制备方法与流程

1.本发明涉及纳米材料制备领域，特别涉及一种种网状可见光敏二氧化钛薄膜制备新方法。


背景技术：

2.纳米tio2可以利用太阳能进行光催化污染物降解、光催化水裂解制备氢气、二氧化碳和氮气的光催化还原及光催化有机合成等多相光催化反应。但由于二氧化钛突出的半导体性质，锐钛矿型 tio2 的禁带宽度eg为 3.2 ev，其对光的吸收阈值为 413 nm，因此只有波长小于 390 nm 的紫外光照射时才能激发 tio2 电子跃迁。但是紫外光只占太阳光的 5%左右 [72] ，更多占比的是可见光，所以通过对二氧化钛进行改性，使其最大吸收波长发生红移，能够在可见光下也被激发，更加具有实用意义。制备纳米二氧化钛的传统方法为煅烧法，产品一般为纳米球体，工艺要求高，使用时需重新分散，形成的粒径大，不利于光催化的发生。
[0003]
传统的纳米tio2材料运用于光催化的实施案例中，存在以下几个问题：a.催化活性不够； b.附着力不够； c.粉体二次污染。
[0004]
中国专利cn 104591272公布了一种纳米二氧化钛网状结构的制备方法，其使用三聚氰胺与纳米二氧化钛进行表面掺杂的方法不具备良好的稳定性；三聚氰胺容易对环境产生二次污染。
[0005]
本方法首先通过改性的方法将自制高活性网状tio2薄膜的光响应拓展到可见光区，实现在光催化环境净化方向得以更加广泛的应用；其次直接制得了晶格掺杂的网络状的纳米二氧化钛，结构稳定，相比传统粉体分散或其他表面掺杂方法，附着性能更加优异，且不会因粉体脱附产生二次污染。同时，网状的结构为制得更加排列整齐、高度取向并具有环/管结构的 tio2 纳米管阵列提供了新思路。


技术实现要素：

[0006]
1.本文公布了一种网状可见光敏二氧化钛薄膜的制备方法。该方法首先制作一种网状过氧钛酸（pta）胶体，通过还原、晶型选择控制二氧化钛纳米颗粒的生成速度和成长速度，通过掺杂环节实现二氧化钛纳米颗粒的二维网络结构生长。这种网状可见光敏二氧化钛薄膜的制备方法，该方法实施步骤为：步骤1，制备一种过氧钛酸（pta）水溶胶体。
[0007]
步骤2，在反应中加入交联剂，控制过氧钛酸pta的交联程度。
[0008]
步骤3，在加入交联剂的同时，加入半导体掺杂剂，用以提高网状二氧化钛薄膜的光响应活性。
[0009]
步骤4，将步骤1、2和3所得溶液搅拌均匀，加入稳定剂，再升温促进交联反应。
[0010]
步骤5，待步骤4获得的溶液冷却后，将该溶液喷洒在玻璃表面，即可在玻璃表面得到可见光敏的二氧化钛膜，该薄膜具有良好的可见光催化氧化活性，能够有效分解空气中
的甲醛、甲苯等有毒有害的vocs气体。
[0011]
其中，所述的过氧钛酸（pta）溶液，溶质的主体成分结构满足以下化学式其中r1，r2为ti的基团，可以相同也可以不相同。
[0012]
其中，交联剂为柠檬酸、酒石酸、edta中的等一种或多种。
[0013]
其中，半导体掺杂剂为sio2、al2o3、zno、fe2o3中的一种或多种。
[0014]
其中，稳定剂为稳定剂为十二烷基硫酸钠、月桂醇醚磷酸酯钾、十二烷基苯磺酸钠中的一种或多种。
[0015]
其中，步骤4所述的升温范围，温度控制为50℃-80℃。
[0016]
其中，步骤4所述的所述的加热时间，加热时间为4-12h。
[0017]
其中，过氧钛酸占总量百分比为0.1%~10%，交联剂0.1%~15%，半导体掺杂剂 0.1%~50%，稳定剂0.1~30%。
[0018]
【实施实例】实施实例一1.制备一种1%过氧钛酸（pta）水溶胶体。
[0019]
2.在反应中加入0.1%edta交联剂，控制过氧钛酸pta的交联程度。
[0020]
3.在加入交联剂的同时，加入0.1%sio2掺杂剂，用以提高网状二氧化钛薄膜的光响应活性。
[0021]
4. 将1、2和3所得溶液搅拌均匀，加入0.1%稳定剂十二烷基硫酸钠，再升温80℃反应4h，反应结束后得到澄清透明的具有网状结构的纳米二氧化钛胶体。
[0022]
实施实例二1.制备一种1%过氧钛酸（pta）水溶胶体。
[0023]
2.在反应中加入0.1%edta交联剂，控制过氧钛酸pta的交联程度。
[0024]
3.在加入交联剂的同时，加入0.1%zno掺杂剂，用以提高网状二氧化钛薄膜的光响应活性。
[0025]
4. 将1、2和3所得溶液搅拌均匀，加入0.1%稳定剂十二烷基硫酸钠，再升温80℃反应4h，反应结束后得到澄清透明的具有网状结构的纳米二氧化钛胶体。
[0026]
实施实例三1.制备一种1%过氧钛酸（pta）水溶胶体。
[0027]
2.在反应中加入0.1%edta交联剂，控制过氧钛酸pta的交联程度。
[0028]
3.在加入交联剂的同时，加入0.1%al2o3掺杂剂，用以提高网状二氧化钛薄膜的光响应活性。
[0029]
4. 将1、2和3所得溶液搅拌均匀，加入0.1%稳定剂十二烷基硫酸钠，再升温80℃反应4h，反应结束后得到澄清透明的具有网状结构的纳米二氧化钛胶体。
[0030]
实施实例四 1.制备一种10%过氧钛酸（pta）水溶胶体。
[0031]
2.在反应中加入1%edta交联剂，控制过氧钛酸pta的交联程度。
[0032]
3.在加入交联剂的同时，加入1%sio2掺杂剂，用以提高网状二氧化钛薄膜的光响应活性。
[0033]
4. 将1、2和3所得溶液搅拌均匀，加入0.1%稳定剂十二烷基硫酸钠，再升温80℃反应4h，反应结束后得到澄清透明的具有网状结构的纳米二氧化钛胶体。
[0034]
实施实例五 1.制备一种10%过氧钛酸（pta）水溶胶体。
[0035]
2.在反应中加入1%edta交联剂，控制过氧钛酸pta的交联程度。
[0036]
3.在加入交联剂的同时，加入1%sio2掺杂剂，用以提高网状二氧化钛薄膜的光响应活性。
[0037]
4. 将1、2和3所得溶液搅拌均匀，加入1%稳定剂十二烷基硫酸钠，再升温80℃反应4h，反应结束后得到澄清透明的具有网状结构的纳米二氧化钛胶体。
[0038]
实施实例六 1.制备一种10%过氧钛酸（pta）水溶胶体。
[0039]
2.在反应中加入1%edta交联剂，控制过氧钛酸pta的交联程度。
[0040]
3.在加入交联剂的同时，加入1%sio2掺杂剂，用以提高网状二氧化钛薄膜的光响应活性。
[0041]
4. 将1、2和3所得溶液搅拌均匀，加入1%稳定剂十二烷基硫酸钠，再升温50℃反应6h，反应结束后得到澄清透明的具有网状结构的纳米二氧化钛胶体。
[0042]
实施实例七 1.制备一种10%过氧钛酸（pta）水溶胶体。
[0043]
2.在反应中加入1%edta交联剂，控制过氧钛酸pta的交联程度。
[0044]
3.在加入交联剂的同时，加入1%sio2掺杂剂，用以提高网状二氧化钛薄膜的光响应活性。
[0045]
4. 将1、2和3所得溶液搅拌均匀，加入1%稳定剂十二烷基硫酸钠，再升温40℃反应9h，反应结束后得到澄清透明的具有网状结构的纳米二氧化钛胶体。
[0046]
实施实例八1.实验环境：温度25℃、湿度53rh%。
[0047]
2.将一定量浓度为1%纳米二氧化钛透明水溶胶样品喷涂在1平方米的玻璃板上，置放于1 .5立方米的玻璃实验仓内。
[0048]
3.充入一定量的标准浓度的甲醛气体，并使用内置风扇均匀分散1h.记录甲醛初始浓度。
[0049]
4.开启仓内日光灯， 当1h、12h、24h时分别测试舱内甲醛浓度，并记录。
[0050]
5.记录如下表所示：反应时间（h）甲醛浓度（mg/m3）分解率（%）01.23011.0713120.4663240.12906.气舱内甲醛原始浓度(0h)-分解(12h)-分解(24h)对应的光谱图。
[0051]
图1 0h光催化甲醛分解图图2 12h光催化甲醛分解图图3 24h光催化甲醛分解图