[發(fā)明專利]一種光電催化薄膜、制備方法及應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310193628.3
• 申請(qǐng)日: 2013-05-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103301828A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-09-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 施利毅;袁帥;葛潔;趙尹;王竹儀;張美紅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東莞上海大學(xué)納米技術(shù)研究院;上海大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J23/18
• 分類號(hào): B01J23/18;B01J23/14;B01J27/135;C02F1/32;C02F1/46
• 代理公司: 北京輕創(chuàng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11212
• 代理人: 吳英彬

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及環(huán)境化工光電催化水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種光電催化薄膜，該光電催化薄膜的制備方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)

二氧化鈦(TiO₂)具有化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，成本低廉，耐酸堿性好，毒性小以及催化活性高等特點(diǎn)。這些優(yōu)點(diǎn)促TiO₂成為現(xiàn)在應(yīng)用最為廣泛并且最有前景的一種半導(dǎo)體光催化劑。但是，TiO₂只能吸收紫外光(400nm以下)，太陽(yáng)光利用率低；其次，本征態(tài)二氧化鈦光生電子和空穴的復(fù)合率高；另外，在實(shí)際應(yīng)用中，粉末狀的TiO₂光催化材料存在難以分離、易流失的問(wèn)題，這些劣勢(shì)都制約著光催化技術(shù)在污水水處理中的應(yīng)用。

為了解決以上問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外研究者進(jìn)行了大量卓有成效的研究工作。目前，研究應(yīng)用最多的最有效的方法是光電催化技術(shù)。早在1993年，Kamat等人就將P-25涂覆在導(dǎo)電玻璃上制成TiO₂/Pt電極用于光電催化降解有機(jī)廢水，其結(jié)果TiO₂工作電極對(duì)有機(jī)物的降解速率顯著提高。光電催化技術(shù)法，即電化學(xué)協(xié)助光催化技術(shù)，催化劑受光照激發(fā)，電子從低能價(jià)帶躍遷到高能導(dǎo)帶，從而在其表面形成電子-空穴對(duì)，即光生載流子，然后迅速遷移到其表面并激活被吸附的氧和水分，產(chǎn)生氧化能力很強(qiáng)的活性自由氫氧基(·OH)和活性氧(·O^2-)，當(dāng)污染物吸附其表面時(shí)，就會(huì)發(fā)生鏈?zhǔn)浇到夥磻?yīng)，使其完全分解成為無(wú)害物質(zhì)。通過(guò)施加外加陽(yáng)極偏壓使光生電子e^-1，在外加電場(chǎng)的作用下，通過(guò)外電路流向陰極，從而阻止了光生電子和空穴的復(fù)合，提高體系中光生空穴的產(chǎn)量，進(jìn)而提高光量子的利用效率。工作電極的結(jié)構(gòu)對(duì)光電協(xié)同的效果顯得尤為重要，電極結(jié)構(gòu)電荷傳輸性質(zhì)的優(yōu)劣，決定著光電催化的效果。

目前研究表明，通過(guò)金屬離子、非金屬離子摻雜、貴金屬沉積、半導(dǎo)體復(fù)合都可以改變電極結(jié)構(gòu)電荷傳輸性質(zhì)，有效地改善TiO₂的光催化性能。TiO₂的比表面積對(duì)催化性能也有影響。表面積越大，吸附的有機(jī)污染物大分子越多，反應(yīng)速率也會(huì)越快，而且大的表面積會(huì)提供更多的反應(yīng)活性點(diǎn)，也可以促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行。另外，薄膜的透光性會(huì)對(duì)催化劑吸收光產(chǎn)生一定的影響，進(jìn)而也影響到光電催化效果。

金屬摻雜SnO₂的又稱為透明導(dǎo)電氧化物(TCO)，常見(jiàn)的TCO有銦錫氧化物(ITO)、摻氟或摻銻氧化錫(FTO、ATO)。TCO薄膜具有透過(guò)率高，膜層牢固，導(dǎo)電性好等特點(diǎn)。但是，現(xiàn)有技術(shù)中，尚未出現(xiàn)有關(guān)上述兩種產(chǎn)品制得的復(fù)合薄膜的報(bào)道或產(chǎn)品。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種光電催化薄膜，該光電催化薄膜的制備方法及應(yīng)用，通過(guò)調(diào)節(jié)其化學(xué)組成和外加電場(chǎng)協(xié)同，提高薄膜催化劑的光電催化活性。

本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案為：

一種光電催化薄膜，其由導(dǎo)電納米氧化物漿料與二氧化鈦漿料按比例均勻混合獲得混合漿料，將其涂覆在鈦板上進(jìn)行刮涂形成均勻的涂層后，再將該混合漿料涂層進(jìn)行燒結(jié)，得到所述光電催化薄膜。

所述導(dǎo)電納米氧化物漿料，由導(dǎo)電納米氧化物，乙基纖維素和松油醇，按質(zhì)量比為2∶1∶7混合制得。

所述導(dǎo)電納米氧化物為氧化錫銻ATO、氧化銦錫ITO以及氟摻雜二氧化錫FTO其中一種，導(dǎo)電納米氧化物粒徑范圍：15～100nm，電阻范圍：0.1Ω～100Ω。

所述二氧化鈦漿料，由二氧化鈦，乙基纖維素和松油醇，按質(zhì)量比為2∶1∶7混合制得。

所述二氧化鈦為純銳鈦礦或金紅石和銳鈦礦的混晶型二氧化鈦，粒徑范圍為10～80nm。

所述導(dǎo)電納米氧化物漿料與二氧化鈦漿料，按導(dǎo)電納米氧化物漿料與二氧化鈦漿料質(zhì)量比為0～0.15∶1的比例混合。

根據(jù)上述光電催化薄膜的制備方法，其包括以下步驟：

(1)制備導(dǎo)電納米氧化物漿料：按質(zhì)量比為2∶1∶7分別稱取導(dǎo)電納米氧化物，乙基纖維素和松油醇；將導(dǎo)電納米氧化物研磨，使其分散均勻，然后將所稱得的乙基纖維素和松油醇與導(dǎo)電納米氧化物混合后，分散于乙醇中，劇烈攪拌4～5小時(shí)，使其溶解并均勻分散在乙醇中，在40℃條件下，旋蒸2小時(shí)去除乙醇，繼續(xù)研磨使其分散均勻，得到導(dǎo)電納米氧化物漿料；