[發(fā)明專利]一種用于空氣凈化器的納米結(jié)構(gòu)涂層及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710215583.3
• 申請日: 2017-04-04
• 公開（公告）號: CN107163806A
• 公開（公告）日: 2017-09-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 袁建輝;單張飛
• 申請（專利權(quán)）人: 郴州市泰益表面涂層技術(shù)有限公司
• 主分類號: C09D175/04
• 分類號: C09D175/04;C09D139/06;C09D5/16;C09D1/00;B01D53/86;B01J21/06;B05D7/00;B05D1/08
• 代理公司: 郴州大天知識產(chǎn)權(quán)事務(wù)所(普通合伙)43212
• 代理人: 徐起堂

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及空氣凈化器等環(huán)保領(lǐng)域，尤其涉及一種用于空氣凈化器的納米結(jié)構(gòu)涂層及其制備方法。

背景技術(shù)

在當(dāng)今提倡環(huán)境友好、低碳經(jīng)濟(jì)、節(jié)能減排的大環(huán)境下，環(huán)保產(chǎn)業(yè)是我國重點(diǎn)扶持的方向之一，應(yīng)用于空氣清潔處理（典型的如空調(diào)系統(tǒng)空氣清潔處理、垃圾焚燒處理煙囪內(nèi)壁等）的光催化涂層技術(shù)是研發(fā)的重要方向。納米結(jié)構(gòu)的TiO₂具有較大的比表面積和量子尺寸效應(yīng)等特點(diǎn)，其光催化性能優(yōu)于微米級的TiO₂。利用TiO₂涂層在紫外光照射下產(chǎn)生羥基自由基（?OH）和超氧離子自由基（?O₂^-），從而有效降解大氣中的污染物和殺滅細(xì)菌，具有極大的實(shí)用價(jià)值。

TiO₂涂層的傳統(tǒng)制備方法主要有溶膠-凝膠法、物理氣相沉積法、化學(xué)氣相沉積法、電化學(xué)方法等，傳統(tǒng)的制備方法或者沉積率較低，或者技術(shù)較復(fù)雜、對原料和設(shè)備要求較高、成本昂貴，所以要想實(shí)現(xiàn)TiO₂涂層的大規(guī)模應(yīng)用亟需開發(fā)出新的涂層制備方法。熱噴涂是一種高效率、低成本制備大面積涂層的有效方法，然而，傳統(tǒng)的熱噴涂方法必須使用微米級粉末，且在熱噴涂過程中由于粉末粒子經(jīng)歷高溫作用導(dǎo)致TiO₂的晶型不可逆地由銳鈦礦向金紅石相轉(zhuǎn)變，因此，傳統(tǒng)的熱噴涂方法難以獲得高比表面積和高銳鈦礦含量的涂層，TiO₂涂層光催化功能的發(fā)揮受到極大的限制。

液相熱噴涂是將制備涂層的前驅(qū)體或懸濁液作為噴涂原料進(jìn)行熱噴涂制備涂層的工藝技術(shù)，這種直接沉積涂層的方法將粉末制備和涂層制備合二為一，大大簡化了工藝步驟，且由于噴涂過程中液體的蒸發(fā)和揮發(fā)帶走大量的熱量，噴涂粒子經(jīng)歷的溫度較低，液相熱噴涂方法具有降低原料粒子顆粒長大和晶型轉(zhuǎn)變的優(yōu)點(diǎn)。從已經(jīng)報(bào)道采用液相熱噴涂方法成功制備出納米TiO₂涂層，但從報(bào)道的結(jié)果來看，所制得涂層的附著力仍需進(jìn)一步提高。此外，P25混晶型納米TiO₂粉末由于兩種結(jié)構(gòu)混雜增大了TiO₂晶格內(nèi)的缺陷密度，增大了載流子的濃度，使電子、空穴數(shù)量增加，使其具有更強(qiáng)的捕獲在TiO₂表面的溶液組份（水、氧氣、有機(jī)物）的能力。因此，運(yùn)用液相熱噴涂技術(shù)制備具有高效光催化性、高結(jié)合強(qiáng)以及良好的空氣凈化作用的納米TiO₂涂層，解決在大氣環(huán)境下產(chǎn)業(yè)化制備納米結(jié)構(gòu)薄膜的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，將帶來極大的社會和經(jīng)濟(jì)效益。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對上述技術(shù)的不足，提供一種用于空氣凈化器的納米結(jié)構(gòu)涂層及其制備方法，該涂層具有生產(chǎn)加工工藝簡單，價(jià)格低廉，且生產(chǎn)過程完全沒有廢氣、廢水、廢渣等“工業(yè)三廢”的排放問題，是一種真正的綠色、環(huán)保、健康的光催化自清潔涂層。

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的所采用的技術(shù)方案為：一種用于空氣凈化器的納米結(jié)構(gòu)涂層，其特征是：所述的涂層厚度約為10-50μm，所述的涂層中TiO₂為混晶型，主要是銳鈦礦相和金紅石相，且銳鈦礦和金紅石的質(zhì)量比為70-90:10-30，所述的納米結(jié)構(gòu)涂層與基體之間有一層金屬涂層作為過渡層，過渡層厚度為100-300μm。

所述的涂層基材是金屬材料或陶瓷材料或有機(jī)材料或復(fù)合材料。

用于空氣凈化器的納米結(jié)構(gòu)涂層的制備方法包括如下步驟：

步驟1、配制混晶型納米TiO₂噴涂液料：將平均粒度為20nm的TiO₂納米粉末與去離子水和無水乙醇進(jìn)行混合，并加入粘結(jié)劑攪拌均勻，使其成為分散均勻的懸浮液料，TiO₂納米粉末晶型為銳鈦礦相和金紅石相，且銳鈦礦和金紅石的質(zhì)量比為70-90:10-30；

步驟2、將基體進(jìn)行清洗和表面粗化處理；

步驟3、在步驟2處理完的基體上采用熱噴涂方法制備一層金屬涂層作為過渡層；

步驟4、在金屬的過渡層表面進(jìn)行熱噴涂制備納米結(jié)構(gòu)涂層：在金屬的過渡層表面采用熱噴涂方法，以乙炔為燃?xì)狻⒀鯕鉃橹細(xì)猓瑢⒉襟E1中配制好的噴涂液料用壓縮空氣霧化后，采用槍外送料方式輸送到火焰根部，并且該霧化的噴涂液料的輸送方向與熱噴涂火焰軸向方向呈30-90°夾角，在金屬過渡層表面制備厚度為10-50μm的TiO₂涂層。

所述的步驟1中，去離子水和無水乙醇的體積比為1-5:1。