一种二氧化钛光催化涂层的制备方法及用图
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光催化涂层的制备，尤其涉及一种具有良好结合力的、高活性的二氧 化钛光催化涂层的制备方法及用途。
【背景技术】
[0002] 1102为η型半导体，因其具有光催化活性高、廉价易得、稳定性好、无毒无害等优 点，被广泛用于光催化降解空气或者污水中的有机污染物。但110 2粉末在悬浮体系中易于 聚集和不易分离回收妨碍了它在实际中的应用，采用催化剂固定技术可以有效地解决这一 问题。由于泡沫金属材料孔隙率高，机械性能好，结构均一和流体力学特性，十多年前已有 用泡沫金属负载TiO 2来制备光催化材料的研宄和报道，如刘鸿等（中国环境科学，1998,18 (6) :548-551)用泡沫镍负载TiO2光催化降解磺基水杨酸。
[0003] 为了增大TiO2和泡沫金属的结合力，增大负载量，从而提高TiO 2涂层的光催化活 性，在泡沫金属和催化剂之间引入中间层的研宄是一种常用的手段，如上海交通大学的上 官文峰实验组先后在泡沫镍上以凝胶-溶胶法浸涂制得Al 2O3薄膜(无机材料学报，2007, 22 (2):363-368)、341203.25丨02薄膜(稀有金属材料与工程，2008,37 (2):143-147)、5丨02薄 膜(上海交通大学学报，2009,37 (2) :143-147)作为中间层，进而负载TiO2以提高其光催 化性能。但在上述方法中，中间层的获得是将前驱体溶液直接浸涂到泡沫金属上的，所得的 中间层厚度有限，多孔性不够。一方面，中间层与泡沫金属之间的结合力较差；另一方面，中 间层与后续TiO 2涂层的结合力较差，同时大大限制了后续1102的负载量，对光催化活性的 增强效果也并不明显。
[0004] 电沉积技术是一种理想的制备SiO^间涂层的方法，该方法经济实用，简单高 效。一方面，制备的中间涂层与基体结合力好；另一方面，通过电沉积法可制得厚度在 10 μ m尺度的Si02)、用于金属表面的涂装(一种金属表面涂装方法及其应用，中国专利： CN102321900A)及用于金属表面缓蚀剂的负载(一种金属表面缓蚀剂的负载方法及用途，中 国专利：CN102268709A)。本发明将该方法拓展到光催化涂层制备领域，首次提出用电沉积 凝胶-溶胶溶液法制备的SiO薄膜，多孔性与粗糙性大，有利于后续负载功能性涂层，在提 高负载量的同时，又增强了涂层与基体间的结合力。在这方面，胡吉明课题组进行了一系列 的研宄和探索，相继用该方法制备的中间层用于钛阳极的制备(一种钛阳极的制备方法，中 国专利：CN102677092A)、用于超疏水表面的制备（一种超疏水表面的制备方法，中国专利： CN102632031A2中间层来负载高活性TiO 2用于光催化降解空气和水中的有机污染物。
[0005] 本发明针对直接浸涂凝胶-溶胶溶液制备纳米氧化物薄膜中间层的不足之处，拓 展了电沉积法制备纳米氧化物中间层的应用领域，采用电沉积凝胶-溶胶溶液的方法在泡 沫金属基体上沉积上一层厚度较大、结合力更好、惰性多孔的SiO 2中间层，大大增加了 TiO2 的负载量，同时显著提高负载涂层的结合力。当用一定波长的紫外光对该泡沫金属材料照 射进行有机物的光降解实验时，与浸涂法制得SiO 2中间层的对照组相比，本发明得到的泡 沫金属材料具有更高的光催化活性，相同时间内对有机物的降解效率大大提高，并且该方 法的成本较低，重复利用率高，有望大规模的应用于工业化生产。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是针对现有技术的不足，提出一种具有良好结合力的高活性的二氧 化钛光催化涂层的制备方法及用途。
[0007] 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的： 二氧化钛光催化涂层的制备方法包括如下步骤： 1) 泡沫金属基体经无水乙醇超声除油10?30min，去离子水冲洗后置于IM氢氧化钠 溶液浸泡1?2h，再经去离子水冲洗后放入IM草酸溶液中浸泡1?2h，最后用去离子水冲 洗干净放入40?100°C恒温干燥箱烘干待用； 2) 将50?IOOmL无水乙醇、50?IOOmL去离子水、1?IOmL娃酸四甲醋或娃酸四乙 酯，2M硝酸溶液调pH至2. 0?5. 0,室温下搅拌6?24h，配制得到前驱体溶液，待用； 3) 在三电极槽中加入配好的前驱体溶液，以泡沫金属基体作为工作电极，Ag/AgCl作为 参比电极，铂片为对电极，控制电位在-〇. 5?-5. 0V，沉积时间为IOOs?1000s，沉积温度 30?60°C，沉积后依次用去离子水、乙醇冲洗后40?100°C烘干，将其置于马弗炉中，按照 KKTC至600°C升温2?4h，再以600°C恒温1?3h，最后自动降到室温的程序对其进行煅 烧，冷却后即制得负载了 SiCV薄膜的泡沫金属； 4) 称取10?IOOg质量的TiO2粉末，磁力搅拌下分散在IOOOmL的分散剂中，制成均 一的、TiO 2质量分数为1%?10%的悬浊液； 5) 将1102通过浸涂、刷涂、滴涂、旋涂方式负载到沉积了 SiO 2中间层的泡沫金属上，负 载次数为1?10次，置于40?KKTC恒温干燥箱烘干。
[0008] 6)将制得的以SiO2为中间层的负载了 TiO2的泡沫金属置于马弗炉中，按照100°C 至600°C升温2?4h，再以600°C恒温1?3h，最后自动降到室温的程序对其进行煅烧，冷 却后用毛刷轻轻刷去表面残余的TiO 2，最终得到负载了高催化活性TiO2涂层的泡沫金属材 料。
[0009] 所述的泡沫金属基体为泡沫镍、泡沫铝、泡沫铁、泡沫铜、泡沫锡或泡沫钛及其合 金。
[0010] 所述的TiO2分散剂为去离子水、乙醇、乙二醇或丙三醇中的一种或多种。
[0011] 高活性二氧化钛光催化涂层用于光催化降解空气或污水中的有机污染物。
[0012] 本发明的有益效果是：与现有的用有机硅烷作为前驱体，通过溶胶-凝胶溶液 浸涂法制得SiO 2中间层，然后再负载TiO 2制备光催化涂层的方法相比，本发明采用电沉积 法在金属基体上沉积上一层厚度可调、结合力更好、惰性多孔的SiO 2中间层，增强了与后续 负载涂层结合力的同时增大了 11〇2的负载量，提高了光催化活性。该方法操作简单，成本 较低，重复利用高，有望大规模的应用于工业化推广。
【附图说明】
[0013] 图1为各种涂层的光学照片。图中显示，与以浸涂法沉积的SiO2S中间层的样品 相比，以电沉积SiCV薄膜为中间层的110 2光催化涂层颜色更白，TiO2负载量可能更大。
[0014] 图2为泡沫镍基体沉积5102前(左）和沉积SiO 2后（右）的扫描电镜（SEM)照片。 图中显示，泡沫镍裸基体表面平整光滑，而电沉积sicv薄膜后显现出粗糙多孔的显微形貌， 因此可能更有利于后续TiO2光催化涂层的负载。
[0015] 图3为泡沫镍基体以电沉积SiCV薄膜为中间层的负载了 TiO 2后的扫描电镜（SEM) 照片。图中显示，涂覆的TiO2涂层粗糙多孔，可能有利于发挥其高光催化活性。
[0016] 图4为泡沫镍裸基体和负载TiO2后的X射线多晶衍射（XRD)谱图对比（?标记 的峰Ni的金属峰，?标记的峰为锐钛型TiO 2的特征峰）。谱图结果显示，1102已被成功 的负载到Si02中间层上。
【具体实施方式】
[0017] 二氧化钛光催化涂层的制备方法的步骤如下： 1) 泡沫金属基体经无水乙醇超声除油10?30min，去离子水冲洗后置于IM草酸溶液 浸泡1?2h，再经去离子水冲洗后放入IM氢氧化钠溶液中浸泡1?2h，最后用去离子水冲 洗干净放入40?100°C恒温干燥箱烘干待用； 2) 将50?IOOmL无水乙醇、50?IOOmL去离子水、1?IOmL娃酸四甲醋或娃酸四乙 酯，2M硝酸溶液调pH至2. 0?5. 0,室温下搅拌6?24h，配制得到前驱体溶液，待用； 3) 在三电极槽中加入配好的前驱体溶液，以泡沫金属基体作为工作电极，Ag/AgCl作 为参比电极，铂片为对电极，控制电位在-〇. 5?-5. 0V，沉积时间为