[發明專利]一種多溝道二氧化鈦光催化膜及其制備方法

無效

• 申請號: 200710165620.0
• 申請日: 2007-10-25
• 公開（公告）號: CN101157023A
• 公開（公告）日: 2008-04-09
• 發明（設計）人: 劉培生;周茂奇;劉安東;侯興剛
• 申請（專利權）人: 北京師范大學
• 主分類號: B01J21/06
• 分類號: B01J21/06;B01J35/10
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• 代理人: 暫無信息

技術領域：

本發明涉及一種二氧化鈦薄膜，尤其涉及一種多溝道結構的二氧化鈦光催化膜，及其制備方法。

背景技術：

二氧化鈦(TiO₂)不僅具有很寬的價帶能級和很高的光催化活性，且具有無毒、性質穩定、耐化學腐蝕和光腐蝕等突出優點，故而成為光催化劑的研究熱點，成為最有發展潛力的一種光催化劑，在諸如廢水處理、空氣凈化、石油污染物的清除、抗菌、超級親水抗霧等有機物降解方面均得到廣泛的應用(王祖，張鳳寶，張前程.化學工業與工程，2004，21(4)：248-253；Peill?N?J，Hoffmann?M?R.Environ.Sci.Technol，1996，30：2806-2812.)。

盡管二氧化鈦是一種優良的光催化劑，但由于粉體微粒催化劑在實際應用中存在光吸收利用率低，在懸浮相中難于分離回收且易凝聚，氣-固相光催化過程中則催化劑易被氣流帶走等缺點，在實際污染治理時使得該項技術的實際應用受到限制，從而制約了二氧化鈦光催化劑的產業化(品巖，費學寧，姜遠光.環境與保護，2004，(3)：53-54；王祖，張鳳寶，張前程.化學工業與工程，2004，21(4)：248-253.)。固定催化劑的負載化技術是解決這一難題的有效途徑王祖，張鳳寶，張前程.化學工業與工程，2004，21(4)：248-253；Peill?N?J，Hoffmann?M?R.Environ.Sci.Technol，1996，30：2806-2812.)，也是調變活性組分和催化體系設計的理想形式(王祖，張鳳寶，張前程.化學工業與工程，2004，21(4)：248-253；Rachel?A，SubrahmsnyamM，Boule?P.Applied?Catalysis?B：Environmental，2002，37(4)：301-308.)。良好的二氧化鈦光催化劑載體應具有較高的比表面積，具有一定的強度和耐沖擊性能，其中研究較多的載體材料主要是玻璃、陶瓷、吸附劑等(王祖，張鳳寶，張前程.化學工業與工程，2004，21(4)：248-253.)，而20世紀90年代末以后報道的金屬類載體(丁時鋒，唐超群，李清香.工業水處理，2003，23(3)：46-48；朱永法，李巍，何俁，尚靜.高等學校化學學報，2003，24(3)：465-468.)研究甚少，但已見其較優的強度、耐沖擊、化學穩定性和安裝性等綜合性能。

光催化劑在載體上的負載方法主要有氣相法、溶膠-凝膠法(Sol-Gel)、粉體燒結法、偶聯粘結法、離子交換法、液相沉積法、水解沉積法、摻雜法、直接浸涂熱分解法和交聯法等(王祖，張鳳寶，張前程.化學工業與工程，2004，21(4)：248-253.)，其中溶膠-凝膠法可多次重復以增加二氧化鈦的膜厚，所得負載二氧化鈦膜具有較高的光催化活性和較好的牢固性，且分布均勻。該法工藝簡單、條件溫和、工藝可調控，且適于復雜形狀載體上的負載，是目前最常用的方法。

負載二氧化鈦光催化劑的活性主要取決于二氧化鈦催化膜的表面狀態，包括表面積和表面粗糙度等因素，而表面狀態與催化劑的吸附作用和吸光效率有著密切的關系(王祖，張鳳寶，張前程.化學工業與工程，2004，21(4)：248-253.)。文獻[沈杭燕，張晉霞，唐新碩.化學物理學報，2001，14(4)：497-500.]研究發現，如果制得的二氧化鈦薄膜表面較粗糙，比表面積較大，則催化活性就較大。

發明內容：

本發明的目的在于提供一種具有多溝道結構的高比表面二氧化鈦光催化膜及其制備方法。制備方法采用常規的溶膠-凝膠工藝，選用無毒性有機物作為造溝道成分，選用多孔材料作為二氧化鈦膜的載體；分析該膜層的表面形貌，并考察其光催化活性，提供一種效率更高的光催化體系。

本發明的二氧化鈦光催化膜采用高比表面的多孔泡沫鎳為載體，膜層表面具有大量溝道，這些溝道進一步增加了光催化劑的比表面積，其特征在于：多孔載體為三維網絡結構，孔隙尺寸和孔率可調，連通性好，有利于含污流體在其間的流動，膜層表面的溝道尺度在微米級，不會影響膜層對載體的附著以及使用強度。

本發明使用的無毒性有機物為甲基纖維素，其加入方式為：先將甲基纖維素與去離子水按質量比1∶10～1∶20配制成糊狀液，然后將此糊狀液與制備二氧化鈦薄膜所用的常規溶膠以體積比1∶1混合并攪拌均勻，用此混合液代替二氧化鈦溶膠浸泡多孔鎳，最后進行涂覆和熱處理，即得到具有多溝道結構的二氧化鈦光催化膜。