专利名称：用于净化空气和水的二氧化钛光催化纳米涂层多孔陶瓷材料的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种在多孔陶瓷内沉积二氧化钛薄膜，获得用于净化空气和水的二氧化钛光催化纳米涂层多孔陶瓷材料的制备方法，即用溶胶凝胶法制备二氧化钛光催化纳米涂层多孔陶瓷材料制备方法。
背景技术：
随着社会的发展和人们生活质量的提高，在空气的净化、水处理等方面越来越受到世界各国的重视。工业技术的发展，一方面提高了人们的生活质量，另一方面也对环境造成了一定的污染，特别是对水和空气的污染，改善人类饮用水和呼吸空气的质量对人体健康具有不同寻常的意义。
就目前而言，还没有一套十分有效的装置可进行水和空气的洁净和杀菌，并可添加人体需要的部分微量元素。能将生态环境材料制备技术和新材料制备技术相结合，通过在多孔陶瓷内涂覆二氧化钛光催化纳米涂层，制备成具有过滤、杀菌以及添加微量元素的装置，以满足人类生活日益提高的需要是必要的。
通过改变装置内的多孔陶瓷的孔径大小可进行不同杂质的过滤，合理的选择多孔陶瓷的制备材料，可达到增加微量元素的作用，同时可使水和空气几乎无阻力的通过，通过涂覆在紫外光照射下具有杀菌功能的TiO2薄膜，达到杀菌的目的，在工业方面也具有广泛的应用前景。
发明内容
本发明的目的是提供一种简单、有效、多样并适合大批量现代生产的用于净化空气和水的二氧化钛光催化纳米涂层多孔陶瓷材料的制备方法。
本发明的目的是这样实现的一种用于净化空气和水的二氧化钛光催化纳米涂层多孔陶瓷器材料的方法，以多孔陶瓷为镀膜基体，包括如下步骤(1)多孔陶瓷制备；(2)二氧化钛溶胶制备；
(3)将多孔陶瓷用二氧化钛溶胶采用浸渍提拉法或喷雾法镀膜，然后用干净的热空气进行干燥处理；(4)对镀膜后的多孔陶瓷进行晶化热处理；(5)对已镀膜并晶化热处理过的多孔陶瓷进行酸处理，然后进行水洗，最后用干净的热空气干燥，即制得可用于净化空气和水的二氧化钛光催化纳米涂层多孔陶瓷材料。
所述的多孔陶瓷为孔的尺寸在50～500μm之间的多孔陶瓷。
所述的多孔陶瓷用二氧化钛溶胶采用浸渍提拉法镀膜，其浸渍的沉入速度为20～40cm/min，停留时间30s～30min，提拉速度为15～35cm～min。浸镀完成后干燥时间不少于30min。
上述镀膜后的多孔陶瓷进行晶化热处理的升温速度为10～20℃/min，保温时间为80～120min，降温速度为10～15℃/min。
上述酸处理所用酸为硫酸、亚硫酸、盐酸、乙酸中任一种或几种的组合酸。酸处理时酸的浓度为0.003～2M，浸泡时间5～100min，酸的温度0～60℃。
所述的多孔陶瓷按下述的方法步骤制备(1)以氧化铝粉、氧化硅粉、碳粉、氧化钙粉、微晶玻璃粉为原料，用硅胶水溶液、乙丙醇水溶液为结合剂，按设定的比例照公知方法混合，挤压成型，压力为3～6Mpa；(2)将成型坯体在80～100℃温度下，干燥30～60min，然后以5～10℃/min升温速度升到1200℃烧结≥2h即可。
上述二氧化钛溶胶由钛酸盐水解制备，钛酸盐是正钛酸丁脂、钛酸异丙酯和钛酸乙脂中的一种或两种组合，钛酸盐的浓度为0.001～1M，所用溶剂为乙醇、异丙醇、丙醇或水中的一种或多种的组合。二氧化钛溶胶中加入了络合稳定剂，络合稳定剂是三乙醇胺、二乙醇胺、乙酸丙酮、二乙二醇中的一种或两种的组合，其加入量为溶胶中二氧化钛质量的0.05～10％。
具体实施例方式
多孔陶瓷片制作方法将陶瓷原料氧化铝粉、氧化硅粉、碳粉、氧化钙粉、微晶玻璃粉与结合剂硅胶水溶液和乙丙醇水溶液，按设定的比例充分混合，之后挤压成所需的片状，挤压压力一般为3～6Mpa(必要时可根据所需形状进行烧结前加工，之后再烧结)，模具一般以采用钢质材料。挤压成型的坯体在80～100℃干燥30～60min，在此后以每分钟5～10℃升至1200℃，在此温度保持2小时，使之最终尺寸在所要求的范围之内。
在多孔陶瓷表面制备光活性二氧化钛薄膜的方法如下以钛醇盐为钛源，将钛醇盐在不断搅拌下溶解在有机溶剂如无水乙醇中，同时加入乙酰丙酮或其他负催化剂，以控制钛醇盐的水解速度，搅拌2小时后，再加入醇和水的混合物，让醇盐以适当的速度水解，最后在上述溶胶中加入不同量的聚乙二醇(平均分子量为2000和4000，分别表示为2000PEG和4000PEG)，搅拌30min，得到稳定、均匀、清澈透明的黄橙色溶胶。静置2小时后即可以用于镀膜。为了让陶瓷基体与二氧化钛薄膜形成牢固的化学结合，所用陶瓷基体必须清洗干净。镀膜可以采用浸渍提拉法镀膜或喷雾法镀膜，所得凝胶薄膜先在100℃干燥5～10分钟，然后在500～700℃热处理1小时，薄膜冷却到室温，即完成在多孔陶瓷表面镀膜的工序。
实施例1以钛酸异丙酯[Ti(OC3H7)4，CP]为主要原料，用量筒量取钛酸异丙酯和无水乙醇，无水乙醇量多于钛酸异丙酯(体积)，将钛酸异丙酯溶于无水乙醇中，同时搅拌，制得钛酸异丙酯/乙醇溶液；接着加入乙酰丙酮负催化剂，以延缓钛酸丁酯的强烈水解，防止局部TiO2沉淀的析出；待混合均匀后，再逐滴滴入体积比为H2O∶C2H5OH＝1∶10的乙醇水溶液，继续搅拌1h，最后在上述溶胶中加入不同量的聚乙二醇(平均分子量为2000，表示为2000PEG)，从而获得稳定、均匀、清澈透明的浅黄色溶胶，静置2h后，可用于制备TiO2薄膜，其中溶胶前驱液的化学组成摩尔比为Ti(OC4H9)4∶C2H5OH∶H2O∶(CH3CO)2CH2＝1∶26.5∶1∶1；聚乙二醇为溶胶中TiO2的质量25％。所用陶瓷基体为洁净的氧化铝陶瓷。其镀膜方法为将洁净的陶瓷基片浸入上述配好的溶胶中，静置10秒后，以4mms-1的提拉速度垂直向上提拉，然后将基片放入100℃的干燥箱中干燥10分钟，最后将基片置于600℃的马福炉中热处理2h，取出即得到TiO2薄膜。重复上述操作，可得到不同厚度的薄膜。在上述陶瓷基体表面制备的TiO2薄膜是多孔的，具有较大的比表面积，有利于光催化活性的提高。
权利要求
1.一种用于净化空气和水的二氧化钛光催化纳米涂层多孔陶瓷器材料的方法，以多孔陶瓷为镀膜基体，其特征在于步骤如下(1)多孔陶瓷制备；(2)二氧化钛溶胶制备；(3)将多孔陶瓷用二氧化钛溶胶采用浸渍提拉法或喷雾法镀膜，然后用干净的热空气进行干燥处理；(4)对镀膜后的多孔陶瓷进行晶化热处理；(5)对已镀膜并晶化热处理过的多孔陶瓷进行酸处理，然后进行水洗，最后用干净的热空气干燥，即制得可用于净化空气和水的二氧化钛光催化纳米涂层多孔陶瓷。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于所述的多孔陶瓷为孔的尺寸在50～500μm之间的多孔陶瓷。
3.按权利要求1所述的方法，其特征在于所述的多孔陶瓷用二氧化钛溶胶采用浸渍提拉法镀膜，其浸渍的沉入速度为20～40cm/min，停留时间30s～30min，提拉速度为15～35cm/min。
4.按权利要求1所述的方法，其特征在于所述的浸镀后的干燥，其干燥时间不少于30min。
5.按权利要求1所述的方法，其特征在于所述的多孔陶瓷进行晶化热处理的升温速度为10～20℃/min，保温时间为80～120min，降温速度为10～15℃/min。
6.按权利要求1所述的方法，其特征在于所述的酸处理所用酸为硫酸、亚硫酸、盐酸、乙酸中任一种或几种的组合酸。
7.按权利要求1所述的方法，其特征在于酸处理时酸的浓度为0.003～2M，浸泡时间5～100min，酸的温度0～60℃。
8.权利要求1所述的多孔陶瓷的制备方法，其特征在于制备步骤为(1)以氧化铝粉、氧化硅粉、碳粉、氧化钙粉、微晶玻璃粉为原料，用硅胶水溶液、乙丙醇水溶液为结合剂，按设定的比例照公知方法混合，挤压成型；(2)将(1)成型坯体于温度80～100℃，干燥30～60min，然后以5～10℃/min升温速度升到1200℃烧结≥2h即可。
9.权利要求1所述的二氧化钛溶胶的制备方法，其特征在于由钛酸盐水解制备，钛酸盐是正钛酸丁脂、钛酸异丙酯和钛酸乙脂中的一种或两种组合，钛酸盐的浓度为0.001～1M，所用溶剂为乙醇、异丙醇、丙醇或水中的一种或多种的组合。
10.按权利要求9所述的方法，其特征在于二氧化钛溶胶中加入了络合稳定剂，络合稳定剂是三乙醇胺、二乙醇胺、乙酸丙酮、二乙二醇中的一种或两种的组合，其加入量为溶胶中二氧化钛质量的0.05～10％。
全文摘要
一种用于净化空气和水的二氧化钛光催化纳米涂层多孔陶瓷材料的制备方法。该方法包括多孔陶瓷的制备(孔的尺寸在50～500μm之间)，二氧化钛溶胶的制备和高活性TiO
文档编号B01J37/00GK1438061SQ0311876
公开日2003年8月27日 申请日期2003年3月11日 优先权日2003年3月11日
发明者赵修建, 王田禾, 余家国, 程金树, 韩建军 申请人:武汉理工大学