一种具有可见光催化功能的半透明蜂窝陶瓷的制备_2

文档序号:9802906阅读:来源:国知局
烧I?2h;第二次是在真空状态或氢气流保护下,采用程序升温法至1700?1900°C煅烧,保持I?4h;然后采用程序降温法冷却至室温,得到半透明蜂窝陶瓷成品。
[0027](I)原料
[0028]基体原料为高纯度、超细度Ct-Al2O3粉体,制备方法是将纯度4N(含量99.99%)的AlNH4(SO4)2.xH20(x = 6?24),通过程序升温至1100?1300°C煅烧,然后研磨,得到纯度大于99.95%、平均晶粒0.1?0.5μπι的Q-Al2O3。
[0029]烧结助剂的前躯体为Mg(NO3)2.6出0和2种父1'(勵3)3.6Η20,均为分析纯,式中XT为镧La、钇Y、铈Ce和镨Pr等。在以下“(2)原料混合与处理中”,硝酸盐通过焙烧即得到烧结助剂MgO及2种XT2O3粉体。
[0030]添加剂:润滑剂为甘油或丙三醇等,粘结剂为羟基丙基纤维素或羟基甲基(或乙基)纤维素等,消泡剂为正丁醇或乙醇等,均为分析纯。
[0031]蒸馏水。
[0032](2)原料混合与处理
[0033]上述原料按以下质量份数混合:基体原料为Q-Al2O3的质量份数为95?100;烧结助剂前驱物Mg(NO3)2.6Η20为0.1?0.6,2种乂1'003)3.6Η20为0.1?0.4,其中XT为镧La、钇Y、铈Ce和镨Pr等。原料经过机械混合捏合,然后在真空度-0.095?-0.099MPa下脱气练制2?3次,使之高效除去除泥料中的气泡,并在15?30°C下陈腐20?30h形成塑性泥料。
[0034](3)干坯体制备
[0035]塑性泥料在15?30MPa压力下经过模具挤压得到湿坯体,模具横截面为正方形或矩形或圆,其边长或圆的直径为60mm?200mm,模具槽宽0.2?1.2mm,孔密度为100?300孔/平方英寸;湿还体经过195?210 °C射频干燥0.4?0.5h,最后切割成厚度为6mm?15mm的蜂窝陶瓷干坯体。
[0036](4)烧成
[0037]干坯体采用二次烧成,第一次是在空气气氛中1100?1300煅烧I?2h;第二次是在真空状态或氢气流保护下,采用程序升温法至1700?1900°C煅烧,保持I?4h;然后采用程序降温法冷却至室温,得到半透明蜂窝陶瓷成品。
[0038]2、XT/N共掺杂T12光催化剂薄膜的负载与焙烧
[0039]以钛酸正丙酯或钛酸正丁酯、尿素、六水合硝酸稀土盐、以及无水乙醇、冰乙酸和去离子水为原料,采用溶胶/凝胶法制得XT和N掺杂的T12溶胶;然后将制得的半透明蜂窝陶瓷载体浸渍于掺杂的T12溶胶中,数分钟后提拉起载体晾干,此时在载体上形成了溶胶湿膜,其浸渍-提拉过程可进行多次,直至达到所需的负载量。然后将样品置于程序控温炉内在300?7000C焙烧,得到负载了XT/N共掺杂T12光催化薄膜的半透明蜂窝陶瓷成品。具体步骤:
[0040](I )XT和N共掺杂T12溶胶的制备
[0041]将钛酸正丙酯或钛酸正丁酯缓慢滴加入pH为I?3的无水乙醇和冰乙酸的混合溶液中,室温下搅拌0.5?2h得到溶液A,其中钛酸正丙酯或正丁酯:无水乙醇:冰乙酸=11.53?23.04:51.97 ?65.12:0.69 ?7.13(质量比);
[0042]将尿素、XT(NO3)2.6H20溶于无水乙醇和去离子水中,混合搅拌得到溶液B,其中尿素:XT(NO3)2.6H20:无水乙醇:去离子水= 0.23?0.85:0.01 ?0.61:14.87?26.12:0.69?3.54(质量比);
[0043]将A液缓慢滴加至置于冰水浴的B液中,不断搅拌得到掺杂T12溶胶,继续搅拌0.5?Ih0
[0044](2)共掺杂T12溶胶的负载和焙烧
[0045]将制得的半透明蜂窝陶瓷载体用稀酸、稀碱、乙醇、蒸馏水超声清洗,干燥后浸渍于上述制备的掺杂T12溶胶中,采用浸渍-提拉法在载体上负载湿膜,然后在60?100°C下干燥20min,冷却至室温;
[0046]最后将样品置于程序控温炉内以3°C/min速度升温至300?700°C热处理,保温I?5h,自然冷却,得到负载了XT和N共掺杂T12光催化薄膜的半透明蜂窝陶瓷成品。
[0047]3、检测
[0048](I)用游标尺、直尺、天平分别测量样品的几何尺寸、体积密度、孔密度和壁厚。
[0049](2)用压力机测定样品的抗压强度。
[0050](3)用721分光光度法测量样品的透光率,测定波长为645nm,样品切割成片状。
[0051 ] (4)用SEM(扫描电子显微镜)测定XT/N共掺杂T12光催化膜的厚度和形态。
[0052](5)用UV-Vis漫反射光谱测定光催化膜的吸收光谱。
[0053](6)亚甲基蓝水溶液的光降解试验:将负载掺杂T12光催化膜的半透明蜂窝陶浸入亚甲基蓝溶液中,以模拟日光的500W氣灯为光源进行光解,测定亚甲基蓝吸光度变化,得出甲基蓝的光解脱色率。
[0054]实施例1:半透明蜂窝陶瓷载体之一。
[0055]按照上述实施方式制得可见光半透明蜂窝陶瓷载体40件,制作方法和样品测得的各种参数如下:
[0056](I)原料及混合质量份
[0057]基体原料为α-Α1203,是将纯度为4N(含量99.99%)的A1NH4(S04)2.xH20(x = 6?24),通过程序升温至1200°C煅烧,然后研磨,得到纯度大于99.95%、平均晶粒0.1?0.5μπι的C1-Al2O3,在混合原料中的质量组份数为100。
[0058]烧结助剂:Y(NO3)3.6Η20在混合原料中的质量组份数为0.2 ,La(NO3)3.6Η20为
0.2,Mg(NO3)2.6出0为0.4,试剂均为分析纯。
[0059]润滑剂为甘油,在混合原料中的质量组份数为3;粘结剂为羟基丙基纤维素,质量组份数为5;消泡剂为正丁醇,质量组份数为3;蒸馏水的质量组份数为22;试剂均为分析纯。
[0060](2)原料混合与处理
[0061 ]将上述原料混匀混合捏合,然后在真空度为-0.098MPa下脱气练制3次使之塑性转变,并在20°C下陈腐25h形成塑性泥料。
[0062](3)模具挤压成湿坯体
[0063]挤压模具的横截面为正方形,其边长为100mm,模具槽宽1.2mm,孔密度为200孔/平方英寸,塑性泥料经过模具挤压成型得到湿坯体。
[0064](4)干坯体制备和切割
[0065]湿坯体经过205°C射频干燥0.5h得到干坯体,最后切割成厚度为1mm的三维蜂窝陶瓷网干坯体。
[0066](6)烧成
[0067]干坯体采用二次烧成,第一次是将试样置于碳棒加热炉内在空气气氛中预烧,以250°C/h速度升温到1200°C,保持2h,冷却;第二次是将预烧后的试样置于硅钼棒电炉中并在氢气流保护下烧结,先以100 °C /h由室温升温至400 °C,并以60 °C/h升温至1600 °C,以30 °C升温至1800°C,保温2h;然后以300°C/h降温至1200°C,并以150°C/h降至400°C,最后以50°C/h降至室温,得到半透明蜂窝陶瓷载体。
[0068](7)检测
[0069]用游标尺、直尺、天平分别测样品:外观尺寸为10mmX 10mmX 10mm,壁厚1.1mm,孔密度200孔/平方英寸,体积密度0.65g/cm3。
[0070]用压力机测定样品的强度:轴向抗压强度75Mpa,径向抗压强度25Mpa。
[0071]用721分光光度计测量样品的透光率:将样品切割成1mmX1mmX Imm的薄片,测定波长为645nm,测得透光率为20 %。
[0072]实施例2:半透明蜂窝陶瓷载体之二。
[0073]将实施例1中烧结助剂的质量份数减半,S卩Y(NO3)3.6H2(^0.1,La(N03)3.6H20为
0.UMg(NO3)2.6H20为0.2,而基体原料为氧化铝,润滑剂为甘油、粘结剂为羟基丙基纤维素、消泡剂为正丁醇以及蒸馏水的质量份数不变。同时原料混合与处理、干坯体制备和切害J、烧成制度等工艺和检测项目也与实施例1保持相同。对制得三维蜂窝陶瓷网样品进行检测结果为:
[0074]外观尺寸、壁厚、轴向和径向抗压强度、体积密度等指标与实施例1样品相同,但样品的透光率下降为8%,表明烧结助剂量对透光率等性能的影响较大。
[0075]实施例3:负载了Ga/N共掺杂T12光催化剂薄膜的半透明蜂窝陶瓷。
[0076](I)半透明蜂窝陶瓷载体制备同实施例1。
[0077](2)钆/氮共掺杂T12溶胶的制备:①将钛酸正丙酯缓慢滴加入pH为2的无水乙醇和冰乙酸的混合溶液中,室温下搅拌Ih得到溶液A,其中钛酸正丙酯或正丁酯:无水乙醇:冰乙酸= 15.5: 59.7:4.1(质量比);②将尿素、Gd(NO3)2.6H20溶于无水乙醇和
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