一种TiO2基光催化自洁净玻璃及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种属于纳米光催化材料领域的TiO2基自洁净玻璃的制备方法。该方法的具体步骤为：(1)将钛的无机盐或有机盐、一种或两种除钛以外的过渡金属无机盐加入去离子水中形成混合料液并将其倒入高温高压反应釜，然后将玻璃基片放入反应釜内所述混合料液中，封闭反应釜；(2)将温度和压力升高到H2O超临界点以上保持10-16小时，使反应物充分溶解；缓慢卸压、降温直到常温常压，使钛和过渡金属的氧化物沉积在玻璃基片上；(3)取出玻璃基片，在箱式炉中进行退火处理，获得TiO2基光催化自洁净玻璃。本发明专利技术提出的TiO2基光催化自洁净玻璃的制备方法，工艺简单，易于控制，重复率好，且所需设备较少，适合规模化生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种Ti02，属于半导体光催化及建筑功能材料领域。
技术介绍
目前，玻璃材料广泛地应用于建筑行业及汽车行业。通常的房屋建筑、汽车等使用的玻璃长期暴露在空气中，就会有灰尘污染，而且，当小水滴滴在玻璃上时不会滚落，而是粘在玻璃上，使玻璃的透射性能降低。因此，这种玻璃需要经常擦拭，才能保持清洁。为了解决这个问题，研究人员探索在玻璃表面涂覆或镀上一层Ti02薄膜，在不影响玻璃原始功能的情况下，利用打02的光催化活性对玻璃表面进行自清洁，这就是所谓的自洁净玻璃。自洁净玻璃几乎可以将玻璃表面所有的有机污染物完全氧化并降解为相应的无害化合物，因而在环境领域具有非常广泛和重要的应用。鉴于其巨大的市场应用价值，国内外很多高校和科研机构针对自洁净玻璃的生产工艺积极开展研究。目前在玻璃上镀制打02薄膜的方法主要有溶胶-凝胶法、水热法、磁控溅射法等。专利技术专利CN 104445995A公开了一种水热法制备具有可见光响应的自清洁Bi2Ti207/Ti02m米线阵列复合体薄膜的技术，在玻璃基底上负载了 T1jPBi 2Ti207两层光催化活性层。专利技术专利CN 1101353C和CN 1141171C各自公开了磁控溅射法制备Ti02自洁净玻璃的工艺技术。专利技术专利CN 1400185A公开了一种溶胶浸渍法制备Ti02薄膜自洁净玻璃的技术。以上这些方法都可以获得性能良好的Ti02自洁净玻璃，但镀膜时需要控制的工艺参数较多，且这些参数对最终产物的性能影响比较大。最近，专利技术专利CN 103055840B公开了一种超临界C(V法制备稀土掺杂纳米Ti02光催化剂的方法和装置。该工艺是采用超临界C02对玻璃进行喷涂获得负载有T1 2光催化活性层的自洁净玻璃，但其工艺比较复杂，整个装置部件较多，不利于规模化生产。
技术实现思路
本专利技术的第一目的在于提供一种1102基光催化自洁净玻璃的制备方法。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案:一种Ti02基光催化自洁净玻璃的制备方法，利用超临界H20将钛的有机盐或无机盐与至少一种过渡金属无机盐充分溶解，通过降温、卸压使钛和过渡金属氧化物析出并沉积在玻璃基片上，通过退火处理获得所述Ti02基光催化自洁净玻璃。具体而言，包括以下步骤:(1)将钛的无机盐或有机盐、一种或两种除钛以外的过渡金属无机盐加入去离子水中中形成混合料液并将其倒入高温高压反应釜，然后将玻璃基片放入反应釜内所述混合料液中，封闭反应釜；(2)将温度和压力升高到H20超临界点以上保持10-16小时，使反应物充分溶解；缓慢卸压、降温直到常温常压，使钛和过渡金属的氧化物沉积在玻璃基片上；(3)取出玻璃基片，在箱式炉中进行退火处理，获得1102基光催化自洁净玻璃。优选地，步骤(1)中所述钛的有机盐或无机盐与过渡金属无机盐的摩尔比为1:0.005-1:0.08，优选1:0.02-1:0.05，在该摩尔比范围内，玻璃基片上沉积的钛和过渡金属的氧化物具有最佳光催化效果。上述混合物料中，所述去离子水的用量为反应釜容积的70% -80%，控制合适的去离子水用量以确保反应釜内形成足够的蒸气压，有助于钛的有机盐或无机盐与过渡金属无机盐快速溶解和促进沉积。本专利技术所述的钛的有机盐选自钛酸四正丁酯或钛酸四异丁酯或钛酸异丙脂，无机盐选自正硫酸钛或四氯化钛，所述过渡金属无机盐选自三水硝酸铜、九水硝酸铁、硫酸铁或五水硫酸铜。更为优选地，所述混合物料中，所述“钛的有机盐或无机盐与至少一种过渡金属无机盐”包括钛酸四正丁酯与三水硝酸铜的组合、钛酸四正丁酯、三水硝酸铜与九水硝酸铁的组合、或钛酸四异丁酯与五水硫酸铜的组合等，以获得更理想的高质量Ti02基光催化自洁净玻璃。本专利技术所述制备方法所涉及的设备都为已知结构，本领域技术人员完全可以基于自身的专业常识选择合适的装置来实现本专利技术。如反应釜可选用压力可控的高温高压反应釜，所述高温高压反应釜可采用上海科升仪器有限公司生产的CF-2型不锈钢反应釜；所述箱式炉为常用的马弗炉。本专利技术所述的制备方法，所用的玻璃基片可选自现有技术公开的多种用于制备Ti02基光催化自洁净玻璃的常用原料，可以是载玻片、普通平板玻璃，厚度和尺寸可依据实际情况而定，本专利技术不作特别限定。本专利技术所述的方法，优选步骤(2)中所述温度为380-400°C，压力为22_30MPa ;优选温度为400°C、压力为30MPa。该温度和压力条件下，能够使钛的有机盐或无机盐与过渡金属无机盐充分溶解，并使钛和过渡金属的氧化物均匀而充分地沉积在玻璃基片上，形成自洁净光催化活性层。本专利技术所述的方法，优选步骤(3)所述退火处理的处理温度为400-800°C，退火时间为2-4小时(即实施例所述保温时间)。此外，在上述退火处理中，升至处理温度的升温速率为每分钟8-15°C，优选10°C。采用上述退火处理条件，能够减少沉积在玻璃基片上的钛和过渡金属氧化物中的缺陷，使其结构和性能更加稳定。本专利技术所公开的Ti02基光催化自洁净玻璃的制备方法，工艺简单，需要控制的工艺参数较少，重复性好。本专利技术所述的Ti02基光催化自洁净玻璃的制备方法，与现有技术相比本专利技术的有益效果在于:(1)本专利技术充分利用超临界比0的高溶解性，除去离子水外，不需要任何其他溶剂和辅助原料。(2)本专利技术的溶解和沉积过程，包括薄膜沉积均在封闭的高温高压反应釜中进行，在整个过程中只需要控制温度和压力两个参数，方法简单，易于控制。综合来看，本专利技术提出的Ti02基光催化自洁净玻璃的制备方法，工艺简单，易于控制，重复率好，且所需设备较少，适合规模化生产。本专利技术另一目的在于提供上述制备方法所制备得到的1102基光催化自洁净玻璃。本专利技术所述的Ti02基光催化自洁净玻璃具有良好的分解有机物能力，对甲醛的去除率可高达96%以上。【具体实施方式】以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。本专利技术所采用的所有原料均为已知的市售品。实施例1本实施例公开了一种Ti02基光催化自洁净玻璃的制备方法，具体包括如下步骤:(1)称取钛酸四正丁酯3.403g，三水硝酸铜0.1209g，加入350ml去离子水中，磁力搅拌2小时。待反应物混合均匀后，倒入500ml高温高压反应釜中，同时放入6cmX6cm玻璃基片，密封反应釜。(2)将反应釜加热到380°C，控制压力为24MPa，保持15个小时，然后缓慢卸压和降温，待到常温常压下，打开反应釜，取出生长有Cu掺杂Ti02薄膜的玻璃基片。(3)将上述出生长有Cu掺杂Ti02薄膜的玻璃基片置于马弗炉中，以每分钟10°C的升温速率升至500°C，保温2个小时，然后自然冷却至室温，从炉中拿出样品，获得Cu掺杂的Ti02光催化自洁净玻璃。实施例2本实施例公开了一种Ti02基光催化自洁净玻璃的制备方法，具体包括如下步骤:(1)称取钛酸四正丁酯3.403g，三水硝酸铜0.0241g，九水硝酸铁0.0404g，加入350ml去离子水中，磁力搅拌2小时。待反应物混合均匀后，倒入500ml高温高压反应釜中，同时放入6cm X 6cm玻璃基片，密封反应釜。(2)将反应釜加热到400°C，控制压力为30MPa，保持10个小时。然后缓慢卸压和降温，待到常温常压下，打开反应釜，取出生长有Cu和Fe掺杂Ti02薄膜的玻璃基片。(3)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种TiO2基光催化自洁净玻璃的制备方法，其特征在于：利用超临界H2O将钛的有机盐或无机盐与至少一种过渡金属无机盐充分溶解，通过降温、卸压使钛和过渡金属氧化物析出并沉积在玻璃基片上，通过退火处理获得所述TiO2基光催化自洁净玻璃。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：苏磊，王永强，
申请(专利权)人：苏磊，
类型：发明
国别省市：北京;11