本發(fā)明屬于光催化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高強(qiáng)度光催化薄膜的制備方法。
背景技術(shù)：
目前，二氧化鈦光催化劑因具有穩(wěn)定、無毒、價廉等優(yōu)點而引起了國內(nèi)外研究者的廣泛關(guān)注，在廢水處理、空氣凈化、抗菌除臭、自清潔等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。銳鈦礦相單晶二氧化鈦納米片由于高能活性面(001)比例較大得到了很大的關(guān)注。理論和實驗研究表明相較于其他活性面，(001)面能夠更加有效地吸附反應(yīng)物分子，促進(jìn)催化反應(yīng)的進(jìn)行。
目前采用的光催化劑固定化技術(shù)很多，其中粉末沉積方法由于工藝簡單且制備的光催化劑活性較高而成為研究的熱點。粉末沉積方法主要采用已有的粉末二氧化鈦制成水或醇的涂覆液，載體經(jīng)浸涂或噴涂后干化，然后經(jīng)過高溫焙燒增加二氧化鈦與載體之間的結(jié)合強(qiáng)度，形成粉末二氧化鈦沉積的薄膜光催化劑，該固定方法的優(yōu)點在于保持了原有粉末催化劑的高活性，但是牢固性很差。就算進(jìn)行酸洗、堿洗或者粘附劑粘附，其薄膜也不能滿足目前實際應(yīng)用的需要，經(jīng)能在水流沖擊下短時間內(nèi)維持穩(wěn)定，一旦輕輕擦拭即可脫落。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種高強(qiáng)度光催化薄膜的制備方法，使制備的光催化薄膜具有良好的粘附效果，光催化性能佳，穩(wěn)定性好。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
一種高強(qiáng)度光催化薄膜的制備方法，其步驟如下：
步驟1，將納米二氧化鈦溶解在乙酸乙酯中，加入穩(wěn)定劑，低溫攪拌形成懸濁液，所述納米二氧化鈦與乙酸乙酯的質(zhì)量比例為1:15-30，所述穩(wěn)定劑為納米二氧化鈦的2-4%；
步驟2，將鈦酸四丁酯加入至無水乙醇中，加入無水乙酸攪拌均勻后，緩慢滴加乙酰丙酮直至完全溶解，形成黃色溶膠液，所述鈦酸四丁酯：無水乙醇：無水乙酸：乙酰丙酮為20:60:2:5；
步驟3，將黃色溶膠液中加入聚乙烯吡咯烷酮，密封加溫反應(yīng)，形成分散溶膠液，聚乙烯吡咯烷酮的質(zhì)量是鈦酸四丁酯的1.2-1.5倍；
步驟4，將懸濁液放入超聲儀中超聲2-4h，并緩慢滴加分散溶膠液，直至完全混合，得到米黃色懸濁液，所述分散溶膠液：懸濁液的質(zhì)量比為3:7-11；
步驟5，將基材浸泡米黃色懸濁液后恒溫烘干，然后放入密封反應(yīng)釜中加壓加熱反應(yīng)3-5h，自然冷卻至室溫，得到光催化薄膜；
步驟6，將光催化薄膜進(jìn)行低超聲清洗，晾干后進(jìn)行紫外光照激活反應(yīng)，得到高強(qiáng)度光催化薄膜。
步驟1中的納米二氧化鈦的粒徑為10-100nm，所述納米二氧化鈦采用銳鈦型或者鈦白型；銳鈦型二氧化鈦本身具有良好的光催化性能，在制備過程中能夠保證光催化薄膜的性能；鈦白型二氧化鈦本身屬于無定型二氧化鈦，能夠通過后續(xù)的反應(yīng)將其轉(zhuǎn)化為銳鈦型二氧化鈦，從而賦予光催化性能。
步驟1中的穩(wěn)定劑采用聚乙烯醇，所述低溫攪拌的溫度為5-10℃，所述攪拌速度為2000-3500℃，所述攪拌時間為30-90min；采用聚乙烯醇作為穩(wěn)定劑，能夠起到良好的穩(wěn)定分散性能，在低溫下強(qiáng)力攪拌不僅能夠起到分散效果，同時降低團(tuán)聚活性，防止二氧化鈦納米顆粒的團(tuán)聚。
步驟2中的緩慢滴加速度為2-3ml/min，所述滴加攪拌速度為500-800r/min；采用緩慢滴加的方式能夠?qū)⒁阴１耆旌现翢o水乙醇中，并對鈦酸四丁酯起到穩(wěn)定效果。
步驟3中的密封加溫反應(yīng)的溫度為60-75℃；用過加熱的方式能夠?qū)o水乙醇形成氣態(tài)，從而保證聚乙烯吡咯烷酮直接作用至二氧化鈦上，形成包覆型結(jié)構(gòu)。
步驟4中的超聲頻率為10-20khz，所述滴加速度為5-15ml/min，采用滴加的方式將溶膠分散至懸濁液，將溶膠與懸濁液完全混合。
步驟5中恒溫烘干溫度為30-50℃，所述加壓加熱反應(yīng)的反應(yīng)溫度為300-350℃，所述加壓采用梯度加壓反應(yīng)；所述梯度加壓反應(yīng)的壓力變化程序如下：2-3mpa反應(yīng)10-15min，4-6mpa反應(yīng)15-20min，8-10mpa反應(yīng)15-20min，最后持續(xù)10mpa反應(yīng)。本方案采用梯度加壓加熱的方式能夠去除有機(jī)物形成粘附的同時，在逐步加壓的過程中，將納米二氧化鈦顆粒與溶膠二氧化鈦之間的結(jié)合形成增壓加壓的方式提高結(jié)合率。
步驟6中低超聲的超聲頻率為0.5-1.5khz，所述超聲時間為10-15min，所述紫外光照的時間為20-40min，紫外采用365nm的紫外燈。
采用本發(fā)明制備的光催化劑，二氧化鈦以納米顆粒形成懸濁液，同時以鈦酸正丁酯為原材料形成溶膠，通過溶膠與懸濁液之間的混合后覆膜，能夠保證溶膠覆膜的牢固度，起到良好的固定效果，同時懸濁液具有良好的活性效果，通過懸濁液顆粒與溶膠結(jié)構(gòu)形成的二氧化鈦之間的連接，增加了牢固度；通過梯度加壓的方式將二氧化鈦形成較為穩(wěn)定的晶格結(jié)構(gòu)，將材料粘結(jié)力轉(zhuǎn)化為分子間的作用力，大大提高了連接效果與牢固度。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：
（1）本發(fā)明的鉑摻雜二氧化鈦光催化劑制備方法參數(shù)控制方便，重復(fù)性好，同時增加了牢固度與強(qiáng)度，保證了光催化性能。
（2）本發(fā)明的制備過程中，不僅保留了納米二氧化鈦本身的銳鈦型結(jié)構(gòu)，體現(xiàn)出光催化劑的性能，同時保證了材料連接效果，與基材連接牢固度。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步描述：
實施例1
一種高強(qiáng)度光催化薄膜的制備方法，其步驟如下：
步驟1，將納米二氧化鈦溶解在乙酸乙酯中，加入穩(wěn)定劑，低溫攪拌形成懸濁液，所述納米二氧化鈦與乙酸乙酯的質(zhì)量比例為1:15-30，所述穩(wěn)定劑為納米二氧化鈦的2%；
步驟2，將鈦酸四丁酯加入至無水乙醇中，加入無水乙酸攪拌均勻后，緩慢滴加乙酰丙酮直至完全溶解，形成黃色溶膠液，所述鈦酸四丁酯：無水乙醇：無水乙酸：乙酰丙酮為20:60:2:5；
步驟3，將黃色溶膠液中加入聚乙烯吡咯烷酮，密封加溫反應(yīng)，形成分散溶膠液，聚乙烯吡咯烷酮的質(zhì)量是鈦酸四丁酯的1.2倍；
步驟4，將懸濁液放入超聲儀中超聲2h，并緩慢滴加分散溶膠液，直至完全混合，得到米黃色懸濁液，所述分散溶膠液：懸濁液的質(zhì)量比為3:7；
步驟5，將基材浸泡米黃色懸濁液后恒溫烘干，然后放入密封反應(yīng)釜中加壓加熱反應(yīng)4h，自然冷卻至室溫，得到光催化薄膜；
步驟6，將光催化薄膜進(jìn)行低超聲清洗，晾干后進(jìn)行紫外光照激活反應(yīng)，得到高強(qiáng)度光催化薄膜。
步驟1中的納米二氧化鈦的粒徑為10nm，所述納米二氧化鈦采用銳鈦型。
步驟1中的穩(wěn)定劑采用聚乙烯醇，所述低溫攪拌的溫度為5℃，所述攪拌速度為2000℃，所述攪拌時間為30min。
步驟2中的緩慢滴加速度為2ml/min，所述滴加攪拌速度為500r/min。
步驟3中的密封加溫反應(yīng)的溫度為60℃。
步驟4中的超聲頻率為10khz，所述滴加速度為5ml/min。
步驟5中恒溫烘干溫度為30℃，所述加壓加熱反應(yīng)的反應(yīng)溫度為300℃，所述加壓采用梯度加壓反應(yīng)；所述梯度加壓反應(yīng)的壓力變化程序如下：2mpa反應(yīng)10min，4mpa反應(yīng)15min，8mpa反應(yīng)15min，最后持續(xù)10mpa反應(yīng)。
步驟6中低超聲的超聲頻率為0.5khz，所述超聲時間為10min，所述紫外光照的時間為20min，紫外采用365nm的紫外燈。
實施例2
一種高強(qiáng)度光催化薄膜的制備方法，其步驟如下：
步驟1，將納米二氧化鈦溶解在乙酸乙酯中，加入穩(wěn)定劑，低溫攪拌形成懸濁液，所述納米二氧化鈦與乙酸乙酯的質(zhì)量比例為1:30，所述穩(wěn)定劑為納米二氧化鈦的4%；
步驟2，將鈦酸四丁酯加入至無水乙醇中，加入無水乙酸攪拌均勻后，緩慢滴加乙酰丙酮直至完全溶解，形成黃色溶膠液，所述鈦酸四丁酯：無水乙醇：無水乙酸：乙酰丙酮為20:60:2:5；
步驟3，將黃色溶膠液中加入聚乙烯吡咯烷酮，密封加溫反應(yīng)，形成分散溶膠液，聚乙烯吡咯烷酮的質(zhì)量是鈦酸四丁酯的1.5倍；
步驟4，將懸濁液放入超聲儀中超聲4h，并緩慢滴加分散溶膠液，直至完全混合，得到米黃色懸濁液，所述分散溶膠液：懸濁液的質(zhì)量比為3:11；
步驟5，將基材浸泡米黃色懸濁液后恒溫烘干，然后放入密封反應(yīng)釜中加壓加熱反應(yīng)5h，自然冷卻至室溫，得到光催化薄膜；
步驟6，將光催化薄膜進(jìn)行低超聲清洗，晾干后進(jìn)行紫外光照激活反應(yīng)，得到高強(qiáng)度光催化薄膜。
步驟1中的納米二氧化鈦的粒徑為100nm，所述納米二氧化鈦采用鈦白型。
步驟1中的穩(wěn)定劑采用聚乙烯醇，所述低溫攪拌的溫度為10℃，所述攪拌速度為3500℃，所述攪拌時間為90min。
步驟2中的緩慢滴加速度為3ml/min，所述滴加攪拌速度為800r/min。
步驟3中的密封加溫反應(yīng)的溫度為75℃。
步驟4中的超聲頻率為20khz，所述滴加速度為15ml/min。
步驟5中恒溫烘干溫度為50℃，所述加壓加熱反應(yīng)的反應(yīng)溫度為350℃，所述加壓采用梯度加壓反應(yīng)；所述梯度加壓反應(yīng)的壓力變化程序如下：3mpa反應(yīng)15min，6mpa反應(yīng)20min，10mpa反應(yīng)20min，最后持續(xù)10mpa反應(yīng)。
步驟6中低超聲的超聲頻率為1.5khz，所述超聲時間為15min，所述紫外光照的時間為40min，紫外采用365nm的紫外燈。
實施例3
一種高強(qiáng)度光催化薄膜的制備方法，其步驟如下：
步驟1，將納米二氧化鈦溶解在乙酸乙酯中，加入穩(wěn)定劑，低溫攪拌形成懸濁液，所述納米二氧化鈦與乙酸乙酯的質(zhì)量比例為1:24，所述穩(wěn)定劑為納米二氧化鈦的3%；
步驟2，將鈦酸四丁酯加入至無水乙醇中，加入無水乙酸攪拌均勻后，緩慢滴加乙酰丙酮直至完全溶解，形成黃色溶膠液，所述鈦酸四丁酯：無水乙醇：無水乙酸：乙酰丙酮為20:60:2:5；
步驟3，將黃色溶膠液中加入聚乙烯吡咯烷酮，密封加溫反應(yīng)，形成分散溶膠液，聚乙烯吡咯烷酮的質(zhì)量是鈦酸四丁酯的1.3倍；
步驟4，將懸濁液放入超聲儀中超聲3h，并緩慢滴加分散溶膠液，直至完全混合，得到米黃色懸濁液，所述分散溶膠液：懸濁液的質(zhì)量比為3:91；
步驟5，將基材浸泡米黃色懸濁液后恒溫烘干，然后放入密封反應(yīng)釜中加壓加熱反應(yīng)45h，自然冷卻至室溫，得到光催化薄膜；
步驟6，將光催化薄膜進(jìn)行低超聲清洗，晾干后進(jìn)行紫外光照激活反應(yīng)，得到高強(qiáng)度光催化薄膜。
步驟1中的納米二氧化鈦的粒徑為50nm，所述納米二氧化鈦采用銳鈦型。
步驟1中的穩(wěn)定劑采用聚乙烯醇，所述低溫攪拌的溫度為7℃，所述攪拌速度為2500℃，所述攪拌時間為60min。
步驟2中的緩慢滴加速度為2ml/min，所述滴加攪拌速度為700r/min。
步驟3中的密封加溫反應(yīng)的溫度為70℃。
步驟4中的超聲頻率為15khz，所述滴加速度為10ml/min。
步驟5中恒溫烘干溫度為400℃，所述加壓加熱反應(yīng)的反應(yīng)溫度為330℃，所述加壓采用梯度加壓反應(yīng)；所述梯度加壓反應(yīng)的壓力變化程序如下：3mpa反應(yīng)13min，5mpa反應(yīng)18min，9mpa反應(yīng)18min，最后持續(xù)10mpa反應(yīng)。
步驟6中低超聲的超聲頻率為1.1khz，所述超聲時間為14min，所述紫外光照的時間為30min，紫外采用365nm的紫外燈。
實施例4
以甲基橙為模型污染物，365納米的紫外燈為光源，測得的120分鐘后實施例1制備的光催化薄膜對甲基橙的降解率為99.3％。
以甲基橙為模型污染物，太陽光為光源，測得的120分鐘后實施例1制備的光催化薄膜對甲基橙的降解率為98.7％。
對比例采用的德國進(jìn)口p25材料，其對甲基橙的降解率為78.6％和56.4%。
該對比實驗體現(xiàn)出本發(fā)明具有良好的光催化性能。
以上所述僅為本發(fā)明的一實施例，并不限制本發(fā)明，凡采用等同替換或等效變換的方式所獲得的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。