一種泡沫陶瓷基光催化組件及其制備方法技術

本發明專利技術公開了一種泡沫陶瓷基光催化組件及其制備方法，泡沫陶瓷基光催化組件由納米TiO2負載在泡沫陶瓷上組成；制備方法包括：(1)制備TiO2溶膠，向所述TiO2溶膠中加入P25和聚乙二醇400，混合均勻得混合液；(2)將預先洗凈并干燥后的泡沫陶瓷浸入所述混合液中，超聲；超聲結束后將泡沫陶瓷取出、烘干，重復此步驟若干次，得到負載TiO2的泡沫陶瓷；(3)將所述負載TiO2的泡沫陶瓷煅燒后即得所述泡沫陶瓷基光催化組件。本發明專利技術為光催化技術在負載和應用上提供了新思路，并且該制備方法操作簡單，成本低廉，具有良好的產業化前景。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及環保
，具體涉及。
技術介紹
隨著近幾十年經濟的快速發展，室內空氣污染引起了越來越多的人的關注。傳統的污染治理方法有通風換氣、種植綠色植物等，在科技飛速發展的今天，環保涂料、光觸媒和空氣凈化器成了市場的主流。但是，涂料和光觸媒中含有大量成膜物質和助劑，易將催化劑顆粒包覆，隔絕了催化劑和污染物質的接觸，使其無法發揮作用；空氣凈化器多數將活性炭吸附作為主要技術，其效果僅僅是把室內空氣污染物從氣相轉移到固相，不能徹底清除 污染物，需要再生使用，且脫附可能會帶來二次污染。而光催化技術具有反應效率高，穩定性好，可在常溫常壓下使用以及無二次污染等特點，紫外光還具有殺菌、除臭的作用，在室內空氣凈化方面具有很大的應用前景。目前TiO2薄膜制備方法主要有①溶膠凝膠法；②浸潰負載法；③電泳沉積法；(!)氣相沉積法；⑤液相沉積法；⑥分子吸附沉積法⑦水解沉淀法偶聯法⑨摻雜法；⑩離子交換法、陽極氧化法等。其中，溶膠凝膠法可以在相對較低的溫度下合成高純度的納米晶體粉末，通過液相的化學途徑，精確控制材料組分達到設計的化學配比，實現材料組分的均勻性達到亞微米級、納米級甚至是分子級水平，通過液相過程實現其它工藝途徑無法達到的多元組分材料和復合材料。此外，溶膠凝膠法還能使催化劑與載體緊密結合，避免大風量造成催化劑流失的情況。竇雁巍等(竇雁??；徐明霞；徐廷獻，溶膠-凝膠法制備TiO2薄膜中溶膠結構的研究.硅酸鹽學報2002,30(87-89).)認為溶膠-凝膠過程包含了多步水解和縮聚反應。在凝膠生成過程中，首先產生大量小聚合物分子，然后小分子之間聚合形成分子長鏈，繼而分子長鏈之間以及分子長鏈與小聚合物分子之間也進行聚合反應，最終形成二維、三維甚至多維的網狀結構。該網狀結構的形成沒有特定的方向和趨勢，制得的凝膠一般為多晶態，在亞宏觀尺度(幾百個分子的長度以上)主要為無規則的交聯網狀結構；在微觀尺度(幾個分子的長度以內)為銳鈦礦相或金紅石相結構。影響光催化效果的因素很多，催化劑本身的影響主要有晶體結構、粒徑和比表面積。比表面積大，光照面積就大，形成的電子空穴越多，表現為光催化效率越高。同時，比表面積大小是反映基質吸附量的重要因素，光催化反應發生在催化劑表面，目標污染物被大量吸附是光催化降解的前提，比表面積越大，則吸附量越大，催化活性越高。比如江偉輝等(江偉輝；包鎮紅，非水解溶膠-凝膠法制備TiO2光催化薄膜.硅酸鹽學報2007，35 (11)，1508-1513.)以TiCl4為前驅體，無水乙醇為氧供體，聚乙二醇(PEG) 2000為成膜控制劑，通過非水解溶膠-凝膠法制備了 TiO2光催化薄膜，結果表明，TiCl4濃度和聚乙二醇用量是影響薄膜結構和光催化性能的關鍵因素，且存在最佳聚乙二醇添加量。泡沫陶瓷是繼普通多孔陶瓷、蜂窩多孔陶瓷之后，最近發展起來的第三代多孔陶瓷產品，其氣孔率高達70% -90%，體積密度只有O. 3-0. 6g/cm3，具有三維立體網絡骨架和相互貫通氣孔結構。這種高技術陶瓷除了具有耐高溫、耐腐蝕等一般陶瓷所具有的性能外，且具有密度小、氣孔率高、比表面積大，對流體自擾性強等特點，被廣泛地應用于冶金、化工、輕工、食晶、環保，節能等領域。截止目前，未見有人報道在泡沫陶瓷上負載晶粒細小且孔隙及孔徑分布均勻的高比表面積多孔TiO2薄膜的制備方法，并且將制得的光催化組件應用于室內空氣中低濃度甲醛、苯系物的降解。
技術實現思路
本專利技術提供了，在泡沫陶瓷表面負載高活性TiO2薄膜，并添加聚乙二醇400和商用P25-Ti02來提高催化劑性能，旨在得到一種可應用于室內空氣凈化裝置中的泡沫陶瓷基光催化組件。 一種泡沫陶瓷基光催化組件，由納米TiO2負載在泡沫陶瓷上組成。泡沫陶瓷的氣孔率為70-90%，體積密度為O. 3-0. 6g/cm3，具有三維立體網絡骨架和相互貫通氣孔結構，透過性高，比表面積大，使負載在其上的活性組分納米TiO2能夠與污染物充分接觸，催化效果好，使用壽命長且無二次污染。優選地，所述納米TiO2與所述泡沫陶瓷的質量比為O. 05 O. 35，更優選為O. I O. 25。活性組分與載體的質量比間接反映了載體表面TiO2薄膜的厚度，膜層厚度小，活性組分含量少，對污染物的降解效果差；膜層厚度過大，活性組分質量比增大，但會導致內層催化劑無法發揮作用，同時破壞膜層與載體的結合，造成薄膜開裂或脫落。因此所述納米TiO2與所述泡沫陶瓷的質量比優選為O. 05 O. 35 ;更優選為O. I O. 25，而在組件制備過程中，需要控制溶膠涂覆次數，旨在得到性能最佳的質量比。本專利技術還提供了一種如所述的泡沫陶瓷基光催化組件的制備方法，包括(I)制備TiO2溶膠，向所述TiO2溶膠中加入P25_Ti02和聚乙二醇400，混合均勻得混合液；(2)將預先洗凈并干燥后的泡沫陶瓷浸入所述混合液中，超聲；超聲結束后將泡沫陶瓷取出、烘干，重復此步驟若干次，得到負載TiO2的泡沫陶瓷；(3)將所述負載TiO2的泡沫陶瓷煅燒后即得所述泡沫陶瓷基光催化組件。優選地，所述制備TiO2溶膠的方法為溶膠凝膠法將鈦酸四丁酯和無水乙醇A、冰乙酸混合,攪拌30 120min,優選為30min,再加入去離子水和無水乙醇B的混合溶液，攪拌I 6h，優選為2h即得所述TiO2溶膠。更優選地，所述鈦酸四丁酯無水乙醇冰乙酸水的摩爾比為I 10-20 5-20 1-10，此處所述無水乙醇為無水乙醇A和無水乙醇B的總量。溶膠凝膠法可以在相對較低的溫度下合成高純度的納米晶體粉末，通過液相的化學途徑，精確控制材料組分達到設計的化學配比，實現材料組分的均勻性達到亞微米級、納米級甚至是分子級水平，通過液相過程實現其它工藝途徑無法達到的多元組分材料和復合材料。此外，溶膠凝膠法還能使催化劑與載體緊密結合，避免大風量造成催化劑流失的情況。優選地，步驟⑴中向所述TiO2溶膠中加入P25_Ti02的量為TiO2溶膠中TiO2質量的10 90%;步驟⑴中向所述TiO2溶膠中加入聚乙二醇400的量為TiO2溶膠中TiO2質量的5 30%。所述P25-Ti02為德國Degussa公司生產，粒徑為21nm。優選地，所述泡沫陶瓷為SiC或Al2O3泡沫陶瓷，氣孔率為70-90%，體積密度為O. 3-0. 6g/cm3，具有三維連通孔道，透過性好，比表面積大，耐高溫和優良的化學穩定性。使用前將泡沫陶瓷用丙酮超聲波清洗15 20min，再用去離子水超聲波清洗15 20min,最后在50 60°C溫度下烘干、備用，采用丙酮清洗去除載體表面的雜質和油污。優選地，步驟(3)中煅燒溫度為300 600°C，煅燒時間為I 6h，煅燒時間更優選為2h。優選地，重復所述步驟(2) I 10次。通過控制涂覆次數控制負載在載體上的TiO2膜的厚度，旨在得到性能最佳的質量比。優選地，步驟(2)中超聲時間為10 15min ;烘干溫度為75 85°C。 本專利技術技術方案中，步驟(I)溶膠制備過程中，各物質摩爾比為鈦酸四丁酯無水乙醇冰乙酸水=I (10-20) (5-20) (1-10)，去離子水和無水乙醇混合滴入鈦酸四丁酯-無水乙醇-冰乙酸混合溶液中，以防局部水解過快產生沉淀；步驟(2)中將泡沫陶瓷置于溶本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種泡沫陶瓷基光催化組件，其特征在于，由納米TiO2負載在泡沫陶瓷上組成。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：郭森，王韶昱，吳忠標，郭國良，周劍鋒，
申請(專利權)人：浙江大學蘇州工業技術研究院，浙江大學，蘇州新求是環保科技有限公司，
類型：發明
國別省市：