[發明專利]一種在氧化鋁泡沫陶瓷上制備TiO2 薄膜的工藝

無效

• 申請號: 201210233888.4
• 申請日: 2012-07-06
• 公開（公告）號: CN102744049A
• 公開（公告）日: 2012-10-24
• 發明（設計）人: 桑可正;曾德軍;樊張增;薛岳;來萌
• 申請（專利權）人: 長安大學
• 主分類號: B01J21/06
• 分類號: B01J21/06
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

技術領域

本發明屬于陶瓷鍍膜技術領域，涉及一種在陶瓷上制備TiO₂薄膜的工藝，尤其是一種在氧化鋁泡沫陶瓷基體上制備分布均勻、具有光催化性和納米級厚度的TiO₂薄膜的制備工藝。

背景技術

隨著我國工業化和城市化的不斷推進，對環境的影響越來越深。環境的污染問題也越發突出，逐漸成為了制約我國經濟快速發展的絆腳石。同時人們生活水平的提高也要求擁有一個良好的生活居住環境。為此，對工業廢水、生活污水、有毒廢氣的凈化處理已經成為了亟待解決的問題。由于工業廢水、生活污水等物質大都處于一種極端惡劣的腐蝕性環境中。為了使得催化劑能夠在這種工況下長期有效地降解有害物質，這便要求催化劑的載體具有良好的穩定性和耐腐蝕性。

在工業上TiO₂又被稱為“鈦白粉”，TiO₂具有無毒，化學性質穩定，耐酸耐堿，無刺激性等優異性能。對于納米TiO₂顆粒，由于其粒徑小，具有對紫外光的吸收和散射作用，同時還具有優異的光催化活性、顏色效應等。以上特性使得TiO₂可用作光催化材料、太陽能電池材料(光電材料)、紫外線屏蔽劑，漆料添加劑、傳感器材料及催化劑載體等。TiO₂的光催化作用主要體現在以下幾個方向：1、有機污染廢水的處理。目前的研究報道，TiO₂半導體可以降解有機染料、有機燃料、有機磷、有機氯化物、苯酚等有機污染物。2、無機污染物的降解。目前的研究發現，光照條件下TiO₂可以將Cr₂O₇²⁺還原為Cr³⁺，也可以將CN^-氧化成OCN^-。3、空氣凈化。采用光催化氧化技術能在室溫下利用空氣中的水蒸氣和氧氣去除空氣中的污染物，如氮氧化物、硫化物、甲醛等有害氣體。TiO₂光催化性能未能達到大面積的使用，其原因主要有以下三個方面：1、量子效率低。單純TiO₂光催化劑的光生電子—空穴對的再復合率高，光催化性能不突出。有文獻指出，TiO₂量子效率最高不超過20%，較低的光量子效率是限制光催化實用化和工業化的主要原因。2、光譜響應范圍窄。純TiO₂只能利用太陽頻譜范圍約4%的紫外光部分。3、固定化條件苛刻。由于粉體催化劑在使過程中難以回收，容易造成催化劑的浪費，增加廢水處理成本，影響光催化的實際應用，所以需要將TiO₂光催化劑固定。

采用Al₂O₃泡沫陶瓷作為TiO₂光催化劑的載體材料，其優點主要有以下幾個方面：1、泡沫陶瓷材料為多孔結構，可以顯著地提高TiO₂催化劑的有效面積。Al₂O₃陶瓷的孔隙率可以通過調節工藝參數準確地控制。利用溶膠-凝膠法將TiO₂光催化劑涂覆與陶瓷的表面和內部孔壁上，當被降解的溶液或氣體穿過高孔隙率的泡沫陶瓷材料時可以大量地提高催化劑表面吸附的物質總量，從而提高光催化的效率。同時，多孔結構還可起到過濾水和氣體中固體粒子的作用。2、Al₂O₃陶瓷具有穩定的化學性質，具有一定的耐腐蝕性。Al₂O₃陶瓷在強酸性溶液中可以鈍化，表現出良好的耐強酸蝕性質。在弱堿性溶液中，Al₂O₃與堿反應緩慢，可認為具有一定的耐堿蝕性能。另外，Al₂O₃陶瓷在有機溶液中也能保持良好的穩定性。3、Al₂O₃陶瓷熔點高，在調整TiO₂晶體結構的熱處理過程中保持了極好的高溫穩定性和抗氧化性。純Al₂O₃陶瓷的熔點為2010~2050℃，遠高于銳鈦礦型TiO₂向金紅石相轉化的溫度（500~700℃）。另外，高熔點的基體有利于TiO₂在高溫下發揮光催化作用，比如煉鐵過程中對廢氣的凈化等。4、Al₂O₃陶瓷密度低、強度硬度高，使得材料使用方便可靠。5、Al₂O₃原料廣、價格低，為大量的生產提供了可靠的保障。