专利名称：用于负载光催化剂的钢基网状陶瓷填料的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种钢基网状陶瓷填料的制备方法，采用溶胶-凝胶法在钢丝网基体上制备氧化铝陶瓷涂层，属于冶金化学领域。
背景技术：
纳米二氧化钛是一种光催化剂，在紫外光线的照射下可以产生电子空穴和羟基自由基，能够氧化分解有机污染物，在环境保护领域有非常广阔的应用前景。目前，负载光催化剂的载体以无机材料为主，有玻璃、金属以及陶瓷材料等。其中，玻璃材料价格低廉，有良好的透光性，又便于制成各种形状，但其表面十分光滑平整，对二氧化钛的附着能力较差。金属载体强度高、韧性好，但由于比表面积小，附着力差，并且在进行热处理时金属离子如Cu、Cr会进入TiO2层，破坏其晶格降低催化活性。多孔陶瓷材料孔隙率高，比表面积大，吸附性强，是比较合适的光催化载体，但是陶瓷材料本身韧性差，不具备透光性，影响了紫外光的利用率，限制了光催化剂氧化能力的发挥。国内外在钢基体上制备陶瓷涂层的方法很多，如喷涂法、热化学反应法及溶胶凝胶法等。热喷涂是将熔融状态的喷涂材料，通过高速气流时期雾化并喷射到钢基体表面，形成喷涂层，主要包括离子喷涂、激光熔覆等离子喷涂和爆炸喷涂等。热喷涂法工艺复杂设备要求高，价格昂贵，不适合大规模的工业生产。热化学反应法是将氧化铝料浆涂覆在基体表面，在固化处理过程中，钢基表面自然形成的氧化物与涂料中的氧化物发生热化学反应，形成复合相，从而使氧化铝涂层与基体牢固结合。但该方法是一项新兴技术，相关应用甚少。溶胶-凝胶法是以金属有机化合物和部分无机盐为前驱体，前驱体溶于溶剂形成均勻溶液，接着溶质在溶液中水解，水解产物进一步缩合聚集成溶胶粒子，最后溶胶粒子聚集生长形成凝胶涂层。凝胶涂层经过高温煅烧就可以在钢基体上制备成氧化铝陶瓷涂层。该方法工艺设备简单，反应在较低温度下进行，可以制备出纯度高、成分均勻的涂层，易于大规模工业化生产。
发明内容
为克服以上所述各种光催化载体材料的不足，综合其优点，本发明在不锈钢钢丝网上采用溶胶-凝胶法制备多孔氧化铝陶瓷涂层，使填料具备金属填料的强度和韧性，又兼有陶瓷填料的比表面积和吸附性，并且具有良好的透光性，可以最大限度的发挥光催化剂的氧化能力。陶瓷涂层还可以消除基体金属离子对催化剂活性的不利影响，延长光催化剂的使用寿命。本发明提出的用于负载光催化剂的钢基网状陶瓷填料，采用钢丝网作为基体，材质为lCrl8Ni9Ti。将经过除油、除锈处理的钢丝网浸于预处理液中进行氧化处理，预处理液含浓度300 g/Ι的CrO3和80 g/Ι的H2SO4(98%)，钢丝网在80°C的条件下，于预处理液中浸泡5 min，得到氧化层作为过渡层，以增加陶瓷层和基体的结合强度。以SB粉(铝薄水铝石)为原料，以硝酸为胶解剂，以聚乙二醇作为添加剂，制备氧化铝溶胶，经过镀膜-干燥-煅烧工艺处理，在不锈钢丝网基体上制备了多孔的氧化铝陶瓷涂层，得到钢基网状陶瓷填料。氧化铝溶胶的制备方法是，将去离子水预先加热到80度，边搅拌边加入SB粉，SB粉的含量为5%，回流搅拌Ih使之充分溶解；按照(H) (AWOH) =1 10的比例加入2mol/l的硝酸胶解剂，使SB粉胶溶；在设定温度下将胶体回流搅拌6h，陈化过夜得到稳定的A100H溶胶；向陈化好的AWOH溶胶中加入m的分子量400的聚乙二醇作为造孔添加剂，充分搅拌成为浸涂溶胶。采用浸渍提拉法涂层，浸涂时间20s，提拉速度1 mm/s，然后在70°C下烘干1 h。反复重复上述步骤5-7次，以达到理想的涂层厚度。将制好涂层的钢丝网置于马福炉中进行煅烧，升温速度为200°C之前为1-2°C /分，200-400°C为2_3°C /分，400-700°C为3_4°C /分，煅烧时间为1小时；降温速度为700-300°C为4-5°C /分，300°C -室温时为空冷。最终得到韧性强，比表面积大的钢基网状陶瓷填料。用S0RPT0MATIC 2000型吸附仪，用BET法测定网状陶瓷填料的比表面积得知，填料的比表面积由基体的近乎于零增大到0. 37 m3/g ；用扫描电镜观察涂层，发现填料表面粗糙多孔，其断面致密均勻，与基体结合紧密；用超声波进行牢固度测试，在功率160 W，工作频率25 kHz，测试时间为30 min，经过连续三次处理，涂层脱落率仅为2. 31%。
图1是钢基网状陶瓷填料的整体外观示意图。图2是填料钢丝基体和陶瓷涂层的横截面示意图。图3是陶瓷填料表面微观扫描电镜照片。图4是陶瓷填料截面扫描电镜照片。
具体实施例方式本发明可按照如下步骤实施
1、预处理按照300 g/Ι的CrO3和80 g/Ι的H2SO4 (98%)浓度配制预处理液5L，并加热到80°C。裁剪304材质的，钢丝直径1mm，孔径IOmm的，长宽各50cm的不锈钢钢丝网一块，于预处理液中浸泡5min。取出，洗净，晾干。预处理液可以继续使用。2、溶胶制备取5L去离子水加热到80°C，边搅拌边加入SB粉0. 25kg，回流搅拌Ih使之充分溶解。加入2mol/l的硝酸210ml，保持温度并回流搅拌6h。陈化过夜得到稳定的A100H溶胶。加入分子量400的聚乙二醇80g，搅拌池。3、填料制备将经过预处理的钢丝网浸没于氧化铝溶胶中20s，以1 mm/s的速度向上提拉，然后在70°C下烘干1 h。反复重复上述步骤5次。将制好涂层的钢丝网置于马弗炉中进行煅烧，温度为700°C，煅烧时间为2h，得到钢基网状陶瓷填料，用于负载纳米二氧化钛光催化剂，广泛应用于环保行业空气污染的治理。
权利要求
1.一种用于负载光催化剂的新型钢基网状陶瓷填料，其特征在于采用钢丝网作为基体，将经过除油、除锈处理的钢丝网浸于预处理液中进行氧化处理，得到氧化层作为过渡层，以增加陶瓷层和基体的结合强度。
2.以SB粉(铝薄水铝石)为原料，以硝酸为胶解剂，以聚乙二醇作为添加剂，制备氧化铝溶胶，经过镀膜-干燥-煅烧工艺处理，在不锈钢丝网基体上制备了多孔的氧化铝陶瓷涂层，得到钢基网状陶瓷填料。
3.根据权利要求1所述的钢基网状陶瓷填料，其特征在于所述基体钢丝网材质为lCrl8Ni9Ti，钢丝直径1 mm,网孔径10 mm。
4.根据权利要求1所述的预处理方法，其特征在于所述预处理液含浓度300g/Ι的CrO3和80 g/1 WH2SO4 (98%)；所述预处理的方法是将钢丝网在80°C的条件下，于预处理液中浸泡5min，取出清洗并晾干.根据权利要求1所述的氧化铝溶胶，其特征在于将去离子水预先加热到80度，边搅拌边加入SB粉，SB粉的含量为5%，回流搅拌Ih使之充分溶解；按照(H): (AlOOH)=I 10的比例加入2mol/l的硝酸胶解剂，使SB粉胶溶；在设定温度下将胶体回流搅拌6h，陈化过夜得到稳定的A100H溶胶；向陈化好的A100H溶胶中加入1的分子量400的聚乙二醇作为造孔添加剂，充分搅拌成为浸涂溶胶。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于采用浸渍提拉法涂层，浸涂时间20s，提拉速度lmm/s，然后在70度下烘干Ih。
6.反复重复上述步骤5-7次，以达到理想的涂层厚度。
7.将制好涂层的钢丝网置于马福炉中进行煅烧，升温速度为200度之前为1-2°C/min，200-400度为2-3°C /min, 400-700°C为3_4°C /min，煅烧时间为1小时；降温速度为700-300°C为 4-5°C /min, 300°C -室温时为空冷。
8.最终得到韧性强，比表面积大的钢基网状陶瓷填料。
全文摘要
本发明涉及一种钢基网状陶瓷填料，可以负载光催化剂-纳米二氧化钛，用于处理空气中的恶臭气体及其它有机污染物。将经过除油、除锈的不锈钢(1Cr18Ni9Ti)钢丝网浸于预处理液中进行氧化处理，得到氧化层作为过渡层；采用溶胶-凝胶法，以SB粉为原料，以HNO3为胶解剂，以聚乙二醇作为添加剂，经过溶胶-镀膜-干燥-煅烧工艺处理，在不锈钢丝网基体上制备了多孔的氧化铝陶瓷涂层，既增大填料的比表面积，又可以将不锈钢基体与光催化剂隔绝，消除金属离子的侵入对光催化效果的抑制作用。本钢基网状陶瓷填料兼有金属的韧性和陶瓷材料比表面积大、吸附性强的优点，并且具有极大的透光性，可大大提高紫外光的利用率，大幅度提升光催化材料处理恶臭气体的能力，使低能耗高效率的光催化除臭技术得到实际性的应用。
文档编号B01J32/00GK102553652SQ20111008323
公开日2012年7月11日 申请日期2011年4月2日 优先权日2011年4月2日
发明者朱文杰, 王娜 申请人:朱文杰, 王娜