一种二氧化钛光催化涂层的制备方法与流程

本发明涉及光催化材料技术领域，更具体地说，涉及一种二氧化钛光催化涂层的制备方法。

背景技术：

光催化被公认为目前空气、水体净化、有机物降解等的重要技术途径。基于光催化的原理，在近些年来多种半导体材料被开发出来，而其中二氧化钛以低成本、无毒、高催化效率等特性成为目前最受关注的一种光催化材料。光催化材料在受到光线照射下，当光子能量高于禁带宽度时，半导体中的电子从价带跃迁到导带，产生了电子-空穴对，其中电子和空穴分别具有强还原性和氧化性。在电子和空穴传输过程中，一部分发生复合；另一部分移动到半导体表面从而与环境中物质发生反应，实现了光催化的整个过程。

锐钛矿型二氧化钛粉体具有良好的光催化性能，目前国内外研究人员对于二氧化钛粉体的光催化性能进行了大量研究。然而在大量使用场景中，二氧化钛涂层更加满足应用需要，因此如何制备一种稳定的具有良好催化效果的二氧化钛光催化涂层成为目前的研究热点。使用目前常用的制备方法生产的二氧化钛光涂层，生产效率低，且涂层的光催化性能及稳定性都较差，而且使用一段时间后光催化活性会降低。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：提供一种二氧化钛光催化涂层的制备方法，通过该方法制备的涂层稳定性强，催化效果好，生产效率也有一定提高。

本发明的技术解决方案是：本发明提供一种二氧化钛光催化涂层的制备方法，包括如下步骤：

s1、使用丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗钛棒表面并充分干燥，重复清洗三次；

s2、将二氧化钛纳米粉体均匀分散于去离子水溶液中，通过强力搅拌形成稳定悬浮液；

s3、通过喷枪将悬浮液均匀喷涂于钛棒表面，在喷涂过程中，钛棒匀速旋转；

s4、喷涂后的钛棒经烘烤后再次喷涂，循环往复，喷涂和烘烤次数均为10次。

进一步的，步骤s1中钛棒的清洗为依次使用丙酮超声清洗15min，使用无水乙醇超声清洗15min，使用去离子水超声清洗15min，循环三次。

进一步的，步骤s2的悬浮液中二氧化钛粉体的浓度为15％。

进一步的，步骤s3中的喷涂距离为15cm，从而保证二氧化钛纳米粉体在钛棒表面均匀分布。

进一步的，步骤s4中烘烤温度为400℃，喷涂时钛棒的自转速率为180°/min。

实施本发明的二氧化钛光催化涂层的制备方法，具有以下有益效果：(1)本发明采用喷涂工艺制备二氧化钛光催化涂层。喷涂工艺是目前在工业上广泛应用的一种涂层制备工艺，具有大面积制备、设备要求低、一致性好的特点；

(2)本发明采用400℃烘烤使得二氧化钛纳米粉体固定在钛棒基体上。烘烤工艺是目前工业生产中大量使用的一个处理过程，有助于实现流程化生产，提高生产效率；

(3)本发明可制备高质量的二氧化钛光催化涂层。使用本发明方法制备的涂层，涂层面积为2.4cm²时，2小时可以将浓度为2.5mol/l的甲基橙溶液降解75％，催化效率高。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1为本发明实施例1中二氧化钛粉体的粒度分布图；

图2为本发明实施例1中二氧化钛光催化涂层的sem图谱；

图3为本发明实施例1中二氧化钛光催化涂层的eds图谱；

图4为本发明实施例1中二氧化钛光催化涂层的催化甲基橙溶液的降解效率图。

具体实施方式

图1至图4示出本发明二氧化钛光催化涂层的制备方法的一个优选实施例，其包括如下步骤：

s1、使用丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗钛棒表面并充分干燥，重复清洗三次；

s2、将二氧化钛纳米粉体均匀分散于去离子水溶液中，通过强力搅拌形成稳定悬浮液；

s3、通过喷枪将悬浮液均匀喷涂于钛棒表面，在喷涂过程中，钛棒匀速旋转；

s4、喷涂后的钛棒经烘烤后再次喷涂，循环往复，喷涂和烘烤次数均为10次。

本实施例中步骤s1中钛棒的清洗为依次使用丙酮超声清洗15min，使用无水乙醇超声清洗15min，使用去离子水超声清洗15min，循环三次。

本实施例中步骤s2的悬浮液中二氧化钛粉体的浓度为15％。

本实施例中步骤s3中的喷涂距离为15cm，从而保证二氧化钛纳米粉体在钛棒表面均匀分布。

本实施例中步骤s4中烘烤温度为400℃，喷涂时钛棒的自转速率为180°/min。

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1

将直径为3.0mm，长度为2.5cm的钛棒放置于超声波清洗机中，依次使用三种溶剂：丙酮、无水乙醇和去离子水清洗，循环三次以完全去除表面污染物。将15g纳米二氧化钛充分分散于100ml去离子水溶液中，通过强力搅拌使得二氧化钛稳定悬浮于去离子水溶液中。通过使用分散剂有助于改善纳米二氧化钛在去离子水中的分散效果，但由于二氧化钛涂层将应用于电动牙刷中，为避免残留有机试剂，因此本发明中采用强力搅拌以提高纳米二氧化钛的分散效果。将纳米二氧化钛悬浮液装入喷枪中，并均匀喷涂于钛棒表面，在喷涂过程中，钛棒以180°/min的速度旋转，同时喷头距离钛棒15cm，以使得二氧化钛均匀喷涂于钛棒表面。表面喷涂纳米二氧化钛的钛棒经传动轴传送到400℃高温炉中烘烤15min，而后重复喷涂与烘烤工艺多次，以使得钛棒表面均匀覆盖二氧化钛光催化涂层。

图1为本发明实施例1中二氧化钛粉体的粒度分布图，从图中可以看到二氧化钛粉体的粒度小于100nm，保证了其具有较高的活性。

图2为本发明实施例1中二氧化钛光催化涂层的表面sem图谱。

图3为本发明实施例1中二氧化钛光催化涂层的表面eds图谱，eds图谱为图2中白框部分，仅显示ti和o两种元素。从图中可以看出，表面元素分布均匀，表明二氧化钛粉体均匀覆盖钛棒表面。

图4是本发明实施例1中二氧化钛光催化涂层的催化甲基橙溶液的降解效率图。涂层面积为2.4cm²时，2小时可以将浓度为2.5mol/l的甲基橙溶液降解75％。涂层面积的改变会相应改变同等浓度甲基橙溶液的降解速率。本发明选择甲基橙溶液，但同样对其他有机物降解有良好效果。

使用本发明的二氧化钛光催化涂层的制备方法，具有如下优点：(1)本发明采用喷涂工艺制备二氧化钛光催化涂层。喷涂工艺是目前在工业上广泛应用的一种涂层制备工艺，具有大面积制备、设备要求低、一致性好的特点；

(2)本发明采用400℃烘烤使得二氧化钛纳米粉体固定在钛棒基体上。烘烤工艺是目前工业生产中大量使用的一个处理过程，有助于实现流程化生产，提高生产效率；

(3)本发明可制备高质量的二氧化钛光催化涂层。使用本发明方法制备的涂层，涂层面积为2.4cm²时，2小时可以将浓度为2.5mol/l的甲基橙溶液降解75％，催化效率高。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上可以作出许多变化，只要这些变化未脱离本发明的构思，均属于本发明的保护范围。