CN107866210B - 一种钛基掺杂型二氧化钛光催化网及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种钛基掺杂型纳米二氧化钛光催化网的制造方法，包括以下步骤：（1）将作为基材的钛基拉伸网制作光催化网；（2）将光催化网进行预处理，将光催化网置于超声波清洗机内用碱性金属清洗剂清洗去油；（3）将进行预处理后的光催化网进行微弧氧化处理，微弧氧化的时间为5~15min，电流密度为1~10A/dm2；（4）将经过微弧氧化处理后的光催化网放入封闭槽内进行热水封闭，并干燥处理，再进行退火处理，退火温度为450~550℃，退火时间为60~120min，冷却后即得到钛基掺杂型纳米二氧化钛光催化网。该制造方法工艺流程简单，对环境友好，由于在基体表面原位生成金属氧化物薄膜，膜层与基体的结合力非常好。
Description
技术领域
本发明涉及一种光催化网技术领域，具体涉及一种钛基掺杂型二氧化钛光催化网及其制造方法。
背景技术
随着对光催化技术的进一步延伸，作为半导体材料的TiO2因其自身的无毒、高活性和高稳定性等特质成为最合适的纳米有机废水、废气光催化材料。目前真正投入实际使用的TiO2光催化技术，主要是悬浮型钛白粉/剂（掺杂或复合）、负载型（溶凝胶法）光催化网两种，而其缺点如下，光催化剂的缺点是：a）催化剂分离回收难；b）容易污染水体、不能重复利用；c）稳定性差，并且易堵塞其他过滤装置；负载型光催化网的缺点是：a）光催化剂分散度降低，与反应物接触面积小；b）无法做热处理，不能形成有效复合晶体结构；c）使用寿命不高，结合力不好，易被油污污染，无法清洗反复使用。
通过微弧氧化技术（MAO-Microarc Oxidation）能够在钛表面产生一层与基体结合牢固的 TiO2薄膜，且所生成的薄膜具有良好的耐磨、耐腐蚀、耐高温冲击等特性。
公开号为CN101898139A 的专利公开了一种 WO3掺杂二氧化钛光催化剂的配方及制备方法，该申请在二氧化钛 TiO2 颗粒表面包裹不同形态的 WO3薄层并经过硫酸根酸化而成的新型无毒高效光催化剂。
公开号为CN105170128A的专利公开了一种光催化网及其制造方法，光催化网包括：作为基材的轻质金属网；附着在轻质金属网上的粘合剂；以及光催化涂层，其通过粘合剂附着在轻质金属网上。
公开号为CN104911672A的申请公开了一种用于制备 WO3掺杂的二氧化钛光催化膜层的微弧氧化溶液及制备方法和应用，所述用于制备 WO3掺杂的二氧化钛光催化膜层的微弧氧化溶液，利用该微弧氧化溶液可在较高的电压和电流下在纯钛或钛合金样品表面快速成膜。
但单纯的微弧氧化TiO2膜在其实际应用中比表面积小、光线无法穿透、催化效率低下，因此还停留在实验室阶段。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题在于制造一种钛基掺杂型二氧化钛光催化网，其解决现有的悬浮型钛白粉/剂、负载型光催化网不能满足环保需求以及采用微弧氧化制备TiO2膜无法投入实际使用的问题，使光催化网能够长期、有效、稳定的进行光催化作用。
本发明是通过以下技术方案来实现上述技术目的：
一种钛基掺杂型纳米二氧化钛光催化网的制造方法，包括以下步骤：
（1）将作为基材的钛基拉伸网制作光催化网，所述光催化网包括网格加强丝和设置在所述网格加强丝四周的成型边框；
（2）将所述光催化网进行预处理；（3）将进行预处理后的光催化网进行微弧氧化处理，微弧氧化的时间为5~15min，电流密度为1~10A/dm 2；
（4）将经过微弧氧化处理后的光催化网放入封闭槽内进行温度为80~100℃的热水封闭，并干燥处理，再进行退火处理，退火温度为450~550℃，退火时间为60~120min，冷却后即得到钛基掺杂型纳米二氧化钛光催化网。
本申请提出的钛基掺杂型纳米TiO2光催化网采用微弧氧化法制备，该方法利用微弧氧化法在阀金属或其合金表面原位生成一层TiO2氧化物的陶瓷网，然后进行封闭干燥，待干燥结束后将样品在 450℃~550℃下退火处理60~120min。
优选地，步骤（2）中所述光催化网进行预处理的步骤是：将所述光催化网置于超声波清洗机内用碱性金属清洗剂清洗去油。
优选地，所述微弧氧化的时间为8~12min，电流密度为4~6A/dm 2。
优选地，所述微弧氧化处理的微弧氧化液中，包括主盐、调节剂、稳定剂和掺杂剂，所述主盐为磷酸钠和氟化钠，所述调节剂为柠檬酸钠，所述稳定剂为氢氧化钠，所述掺杂剂为纳米二氧化硅。
进一步地，所述微弧氧化处理的微弧氧化液中，按质量与总体积比，按质量与总体积比，所述磷酸钠和所述氟化钠为5~15g/L，所述磷酸钠和所述氟化钠的质量比为2:1，所述柠檬酸钠和所述氢氧化钠为2~3g/L，所述柠檬酸钠和所述氢氧化钠的质量比为1:1，所述纳米二氧化硅3~5g/L。
在本申请中配制微弧氧化的电解液的步骤为，在磁力搅拌下，向盛有去离子水的电解槽中加入由磷酸钠和氟化钠配制的主盐5-15g/L；再加入柠檬酸钠和氢氧化钠2-3g/L作为调节剂和稳定剂；最后加入纳米二氧化硅3-5g/L作为掺杂剂。
更进一步的，所述微弧氧化处理的微弧氧化液中，按质量与总体积比，所述磷酸钠为10g/L，所述氟化钠为5g/L，柠檬酸钠为1g/L，所述氢氧化钠为1g/L，所述纳米二氧化硅4g/L。
本发明的另一个目的在于还提供了依据上述制造方法制造的钛基掺杂型纳米二氧化钛光催化网，包括用纯钛金属拉伸网制成的网格加强丝和成型边框，所述成型边框设置于所述网格加强丝的四周，所述网格加强丝和所述成型边框表面设置有TiO2掺杂涂层，所述TiO2掺杂涂层通过微弧氧化方法附着在所述网格加强丝和所述成型边框表面。
优选地，所述纯钛金属拉伸网钛含量在99.8%以上。
优选地，所述纯钛金属拉伸网的丝径为 0.3~0.5 mm，所述纯钛网孔为菱形孔。
进一步的，所述菱形网孔径为1 mm×2mm。
本发明的有益效果是：
（1）采用本发明的制造方法制造出一种稳定、高效、高比表面积、高通过性、耐用的新型光催化网；
（2）该制造方法工艺流程简单，不需要溶胶凝胶，无污染，对环境友好，同时由于是在基体表面原位生成金属氧化物薄膜，所以膜层与基体的结合力十分好；
（3）本发明的制造方法制造的TiO2光催化网可做水处理、废气处理、净化处理、杀菌消毒等用途。
附图说明
图1为实施例2制造出的钛基掺杂型纳米TiO2光催化网的成品效果图；
图2为实施例2制造出的钛基掺杂型纳米TiO2光催化网的实物半成品图（孔径1 mm×2mm）。
具体实施方式
为了更清楚的说明本发明的技术方案，下面结合具体实施案例对本发明做详细具体的说明。
除特别说明，本发明使用的设备和试剂为本技术领域常规市购产品。
一种钛基掺杂型纳米二氧化钛光催化网的制造方法，包括以下步骤：
（1）将作为基材的钛基拉伸网制作光催化网，所述光催化网包括网格加强丝和设置在所述网格加强丝四周的成型边框；
（2）将所述光催化网进行预处理，将所述光催化网置于超声波清洗机内用碱性金属清洗剂清洗去油；（3）将进行预处理后的光催化网进行微弧氧化处理，微弧氧化的时间为5~15min，电流密度为1~10A/dm2；
（4）将经过微弧氧化处理后的光催化网放入封闭槽内进行温度为80~100℃的热水封闭，并干燥处理，再进行退火处理，退火温度为450~550℃，退火时间为60~120min，冷却后即得到钛基掺杂型纳米二氧化钛光催化网。
在本申请中配制微弧氧化液的步骤为：在磁力搅拌下，向盛有去离子水的电解槽中加入由磷酸钠和氟化钠配制的主盐5-15g/L；再加入柠檬酸钠和氢氧化钠2-3g/L作为调节剂和稳定剂；最后加入纳米二氧化硅3-5g/L作为掺杂剂。
由上述制造方法制造的钛基掺杂型纳米二氧化钛光催化网，由成型边框+纯钛材料的网格加强丝+方形网或筒形网+TiO2掺杂涂层组成。钛基掺杂型纳米二氧化钛光催化网以钛基拉伸网作为基材，钛基拉伸网中钛含量在99.8%以上；钛基拉伸网的丝径为 0.3~0.5毫米，钛基拉伸网孔为菱形拉伸孔。
实施例1
一种钛基掺杂型纳米二氧化钛光催化网的制造方法，包括以下步骤：
（1）将作为基材的钛基拉伸网制作光催化网，所述光催化网包括网格加强丝和设置在所述网格加强丝四周的成型边框；
（2）将所述光催化网进行预处理，将所述光催化网置于超声波清洗机内用碱性金属清洗剂清洗去油；（3）将进行预处理后的光催化网进行微弧氧化处理，微弧氧化的时间为5min，电流密度为1A/dm 2；
（4）将经过微弧氧化处理后的光催化网放入封闭槽内进行热水封闭，并干燥处理，再进行退火处理，退火温度为450℃，退火时间为60min，冷却后即得到钛基掺杂型纳米二氧化钛光催化网。
本实施例配制微弧氧化液的步骤为：在磁力搅拌下，向盛有去离子水的电解槽中加入磷酸钠10g/L，氟化钠5g/L，再加入调节剂柠檬酸钠1g/L，稳定剂氢氧化钠1g/L，最后加入纳米二氧化硅4g/L作为掺杂剂。
实施例2
与实施例1相同，不同之处在于：
配制微弧氧化液的步骤为：在磁力搅拌下，向盛有去离子水的电解槽中加入磷酸钠8g/L，氟化钠4g/L，再加入调节剂柠檬酸钠1.5g/L，稳定剂氢氧化钠1.5g/L，最后加入纳米二氧化硅3g/L作为掺杂剂。
退火温度为500℃，退火时间为90min。
本实施例制造出的钛基掺杂型纳米TiO2光催化网的半成品和成品效果图如图1、图2所示。
实施例3
与实施例1相同，不同之处在于：
配制微弧氧化液的步骤为：在磁力搅拌下，向盛有去离子水的电解槽中加入磷酸钠10/3 g/L，氟化钠5/3 g/L，再加入调节剂柠檬酸钠1g/L，稳定剂氢氧化钠1g/L，最后加入纳米二氧化硅5g/L作为掺杂剂。
退火温度为550℃，退火时间为120min。
实施例4
将实施例2制造出的钛基掺杂型纳米TiO2光催化网与现有技术的悬浮型光催化剂和固定型（负载型）光催化网做对比，表1为钛基掺杂型纳米TiO2光催化网与现有技术的产品效果对比表。
表1
| 悬浮型光催化剂 | 固定型（负载型）光催化网 | 恒核钛基TiO<sub>2</sub>网/膜 | |
| 材质 | 钛白粉 | 塑料/不锈钢基材+钛白粉 | 高纯钛+冶金TiO<sub>2</sub>层+纳米掺杂剂 |
| 原理 | 将原材料钛白粉撒入水处理池/掺进其他材料内 | 将TiO2以溶凝胶方式涂在其他基材上 | 直接在精密高纯钛网上微弧氧化一层TiO<sub>2</sub>，并进行纳米掺杂和退火 |
| 重复性 | 不可重复，易流失 | 可短期重复使用，但不耐冲洗、除油污，结合力不好 | 可长期重复使用，耐冲洗、可浸泡除油污，结合力好 |
| 污染性 | 易污染水体和空气 | 有微量污染水体和空气 | 无可分离物 |
| 寿命 | 单循环使用 | 可重复使用半年到一年 | 可使用3-5年，并能清洗 |
上述实施例仅仅是为清楚地说明所做的实例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种钛基掺杂型纳米二氧化钛光催化网的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将作为基材的钛基拉伸网制作光催化网，所述光催化网包括网格加强丝和设置在所述网格加强丝四周的成型边框；
(2)将所述光催化网置于超声波清洗机内用碱性金属清洗剂清洗去油进行预处理；
(3)将进行预处理后的光催化网进行微弧氧化处理，微弧氧化的时间为5～15min，电流密度为1～10A/dm2，所述微弧氧化处理的微弧氧化液中，包括主盐、调节剂、稳定剂和掺杂剂，所述主盐为磷酸钠和氟化钠，所述调节剂为柠檬酸钠，所述稳定剂为氢氧化钠，所述掺杂剂为纳米二氧化硅，按质量与总体积比，所述磷酸钠和所述氟化钠为5～15g/L，所述磷酸钠和所述氟化钠的质量比为2:1，所述柠檬酸钠和所述氢氧化钠为2～3g/L，所述柠檬酸钠和所述氢氧化钠的质量比为1:1，所述纳米二氧化硅3～5g/L；
(4)将经过微弧氧化处理后的光催化网放入封闭槽内进行温度为80～100℃的热水封闭，并干燥处理，再进行退火处理，退火温度为450～550℃，退火时间为60～120min，冷却后即得到钛基掺杂型纳米二氧化钛光催化网。
2.根据权利要求1所述钛基掺杂型纳米二氧化钛光催化网的制造方法，其特征在于：所述微弧氧化的时间为8～12min，电流密度为4～6A/dm2。
3.根据权利要求1所述钛基掺杂型纳米二氧化钛光催化网的制造方法，其特征在于：所述微弧氧化处理的微弧氧化液中，按质量与总体积比，所述磷酸钠为10g/L，所述氟化钠为5g/L，柠檬酸钠为1g/L，所述氢氧化钠为1g/L，所述纳米二氧化硅4g/L。
4.一种根据权利要求1所述钛基掺杂型纳米二氧化钛光催化网的制造方法制造的钛基掺杂型纳米二氧化钛光催化网，其特征在于：包括用纯钛金属拉伸网制成的网格加强丝和成型边框，所述成型边框设置于所述网格加强丝的四周，所述网格加强丝和所述成型边框表面设置有TiO2掺杂涂层，所述TiO2掺杂涂层通过微弧氧化方法附着在所述网格加强丝和所述成型边框表面。
5.根据权利要求4所述钛基掺杂型纳米二氧化钛光催化网，其特征在于：所述纯钛金属拉伸网钛含量在99.8％以上。
6.根据权利要求4所述钛基掺杂型纳米二氧化钛光催化网，其特征在于：所述纯钛金属拉伸网的丝径为0.3～0.5mm，所述纯钛网孔为菱形孔。
7.根据权利要求6所述钛基掺杂型纳米二氧化钛光催化网，其特征在于：所述菱形网孔径为1mm×2mm。
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