[發明專利]一步完成表面摻雜成型二氧化鈦光催化涂層的制備方法

在審

• 申請號: 201910129363.8
• 申請日: 2019-02-21
• 公開（公告）號: CN109772313A
• 公開（公告）日: 2019-05-21
• 發明（設計）人: 劉學璋;文魁;龍航宇
• 申請（專利權）人: 江西科技師范大學
• 主分類號: B01J23/50
• 分類號: B01J23/50;B01J37/02;B01J37/34;B01D53/86;B01D53/72
• 代理公司: 南昌大牛專利代理事務所(普通合伙) 36135
• 代理人: 喻莎

本發明公開了一步完成表面摻雜成型二氧化鈦光催化涂層的制備方法，涉及環境和材料制備領域。將納米TiO₂粉末與摻雜元素的前驅體穩定分散在有機溶液中，送入高溫、高速的等離子射流，溶劑氣化揮發過程中，TiO₂納米顆粒充分熔融，摻雜前驅體分解產生摻雜，一步完成顆粒表面摻雜并在基體表面成型納米結構二氧化鈦光催化涂層。本發明工藝簡單、生產成本低廉，將促進TiO₂光催化材料的規?；I應用。

技術領域

本發明涉及一種一步完成顆粒表面摻雜并成型的納米結構二氧化鈦光催化涂層的制備方法。

背景技術

近年來，隨著人民生活水平提高，室內裝潢日趨復雜，但涂料油漆使用量急劇增加，導致嚴重的室內空氣污染。公開資料顯示，新裝修的房間內空氣中有機物濃度高于室外，甚至高于工業區。目前已從空氣中鑒定出幾百種有機物質，其中有許多物質對人體有害，其中甲醛、甲苯等是高致癌物。

二氧化鈦材料可以光催化降解空氣中的有害有機物，降解過程是在紫外線光的照射下，二氧化鈦材料產生氧化能力極強的自由氫氧基和活性氧，將有害氣體物質轉化為二氧化碳、水或有機酸，從而凈化環境。其中納米尺寸的TiO₂粉體顆粒的降解效率最好，將近100％。

但是，納米TiO₂顆粒粒徑小，比表面積大，活性較高。根據流行病學研究資料顯示，TiO₂會導致實驗室動物患癌癥。如納米TiO₂顆粒回收處理不當，容易造成二次環境污染。當前應用過程中，往往采用有機樹脂或無機溶膠將TiO₂納米顆粒涂覆到載體上形成TiO₂涂層。顯然，涂層比表面積遠遠小于納米顆粒，而有機樹脂或無機溶膠又包裹納米TiO₂顆粒，隔離了TiO₂與有害氣體的接觸，致使其光降解效率大大下降。

此外，TiO₂材料在光催化應用過程中還存在兩個關鍵科學問題：1)光譜吸收范圍較窄，只能被紫外光激發，無法被可見光直接激發；2)光生載流子的復合率高，使量子效率大大降低。因此，大規模工業化應用TiO₂光催化材料需一并解決其關鍵科學問題，拓展催化劑的光吸收范圍并抑制光生電子-空穴的復合。

目前有效的手段是離子摻雜，但是，過量的摻雜將在能帶中引入缺陷，形成載流子的復合中心，加速電子-空穴對的復合，從而降低光催化效率，所以，最理想的方式是實施表面摻雜，而不在材料內部引入缺陷。對于納米顆粒二氧化鈦材料，實施表面摻雜非常困難，暫未見其相關專利報道。申請號為CN201410099606.5，CN02145924.X等發明專利均直接采用已摻雜的二氧化鈦納米材料為原料來制備涂層，這些摻雜的原料通過在二氧化鈦前驅體中引入摻雜元素熱處理而成，元素均質分布，所以，皆不是有效的表面摻雜。

發明內容

本發明的目的之一是針對現有納米二氧化鈦光催化涂層制備技術中存在的缺陷或不足，提供一步完成顆粒表面摻雜并成型的納米結構二氧化鈦光催化涂層的制備方法。

一步完成顆粒表面摻雜并成型的納米結構二氧化鈦光催化涂層的制備方法，其特征在于該方法步驟包括：

(1)將5～30wt％的TiO₂粉體超聲分散在無水乙醇溶液，加入表面改性劑，高速球磨分散6～10小時，然后離心分離，用乙醇洗滌后干燥。

(2)將上一步獲得的TiO₂粉體與聚乙烯吡咯烷酮超聲分散在乙醇溶液中，其中質量分數為10～20wt％，加入0.1M的銀氨溶液，配置成穩定的懸浮液。

(3)將基體清洗除污，安裝到樣品支架，然后啟動等離子噴槍，預熱基體，保持溫度為120～150℃。