本发明专利技术涉及一种玻璃负载纳米TiO2/SiO2膜的制备方法，采取的技术方案包括纳米TiO2水溶胶的制备、纳米SiO2水溶胶的制备、纳米TiO2/SiO2水溶胶的制备和TiO2/SiO2光催化膜的制备四部分。本发明专利技术还提供一种玻璃负载纳米TiO2/SiO2膜的应用方法，采取的技术方案包括纳米TiO2/SiO2光催化膜性能测试和纳米TiO2/SiO2光催化膜再生二部分。在太阳光下照射4h，厚度为200~400nm的光催化膜对10mg/L的甲基橙模拟废水降解率为84%，失活的光催化膜可用模拟风、光、酸雨和人工清洗方式再生。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种玻璃负载纳米TiO2/SiO2膜的制备方法及应用，属于节能环保领域。技术背景纳米二氧化钛（TiO2）包括纳米TiO2 粉体和纳米TiO2 薄膜二种形态，由于纳米TiO2 粉体存在易失活、难回收和难再生的缺点，限制了其在水处理领域中的应用；纳米TiO2膜具有良好的光催化、减反射、光转换、抗菌、增硬、防水、减摩和分子隔离等功能, 在水处理、太阳能电池、化工建材和纺织等行业中受到日益广泛的重视。纳米TiO2光催化膜制备的关键是制备稳定的锐钛矿型纳米TiO2水溶胶，进一步掺杂改性，以提高其光催化活性。纳米TiO2光催化膜推广应用的关键是开发耐污染、抗老化和易活化的纳米TiO2膜。现有技术中还没有关于失活纳米TiO2光催化膜再生或活性恢复的专利报道。
技术实现思路
本专利技术提供一种玻璃负载纳米TiO2/SiO2膜的制备方法，采取的技术方案包括纳米TiO2水溶胶的制备、纳米SiO2水溶胶的制备、纳米TiO2/SiO2水溶胶和TiO2/SiO2光催化膜的制备四部分，具体的实施步骤为：（1）将硫酸氧钛结晶溶解在去离子水中，搅拌溶解形成透明钛盐溶液，加入强碱性阴离子交换树脂，强烈搅拌1.0h，用滤网过滤分离离子交换树脂，用去离子水清洗离子交换树脂，得到白色水合TiO2悬浮液；在搅拌下向水合TiO2悬浮液加入草酸，使水合TiO2悬浮液pH=1.9，在60℃下加热搅拌2h，水合TiO2悬浮液逐渐变为透明纳米TiO2水溶胶；（2）在带搅拌的四口玻璃反应器中加入乙醇、去离子水、质量百分浓度为25%的浓氨水、正硅酸乙酯，在室温下进行水解反应48h，水溶胶pH=9.1。向正硅酸乙酯水解液中加入去离子水，转入带刺形分馏柱的玻璃蒸馏塔中，蒸馏分出乙醇水溶液，将其通过强酸性阳离子交换树脂柱脱除残余的铵离子，得到pH为2.0~2.5的酸性纳米二氧化硅水溶胶；（3）将纳米TiO2水溶胶与纳米SiO2水溶胶分别按m（TiO2）：m（SiO2）=1：1-10比例混合复配，纳米TiO2/SiO2混合水溶胶在一周内没有发生任何变化；（4）将先后用稀硝酸、去离子水和无水乙醇清洗干净的25.4mm×76.2mm玻璃载波片，分别浸入纳米TiO2/SiO2混合水溶胶中0.5~1min，然后缓慢提拉出玻璃载波片，在玻璃表面形成淡蓝色膜；将镀膜的玻璃片挂在100~150℃烘箱中干燥1~3min，直接进行下一次的涂膜，可以得到不同涂膜厚度的玻璃片，最后在500~600℃高温炉中烧结0.5~2h。本专利技术提供一种玻璃负载纳米TiO2/SiO2膜的应用方法，采取的技术方案包括纳米TiO2/SiO2光催化膜性能测试和纳米TiO2/SiO2光催化膜再生二部分，具体的实施步骤为：（1）将镀膜的玻璃片放在盛有10mg/L甲基橙溶液50 mL的玻璃培养皿中, 以25W卤钨灯为光源模拟太阳光照射，设定光照强度为1000w/m2,在环境温度为 25 ℃的条件下进行模拟废水的光催化降解 1~8h后, 用分光光度计测定模拟废水光催化降解前后在520nm下的吸光度，根据吸光度的变化值计算出甲基橙的降解率；（2）镀膜玻璃样片循环处理甲基橙溶液3次以上，待其催化活性下降50%后，将镀膜玻璃样片分别以风吹干+水冲洗、光照干燥+水冲洗、稀酸浸渍+水冲洗、湿布擦洗+水冲洗等几种方式处理后，重新进行甲基橙溶液的光催化降解，用以评价模拟风吹、日晒、 酸雨自然再生和人工再生，考察光催化膜的再生效果。本专利技术的有益效果体现在：（1）复合纳米TiO2/SiO2光催化膜，膜层表面光滑致密，具有抗污染和易清洁特性；（2）复合纳米TiO2/SiO2光催化膜可应用于低污染景观废水和难降解废水处理、建筑易清洁玻璃和太阳电池领域。本专利技术所用的实验材料硫酸氧钛、正硅酸乙酯、乙醇、氨水、草酸、甲基橙、阴阳离子交换树脂均为市售化学纯试剂；玻璃载波片、平板玻璃为K9光学玻璃。具体实施方式实施例1将镀有不同质量组成的纳米TiO2/SiO2光催化膜的玻璃片浸入甲基橙模拟废水中，用卤钨灯模拟的太阳光照射4h后，考察m（TiO2）：m（SiO2）对模拟废水降解率的影响，结果如表1所示。表1 m（TiO2）：m（SiO2）与模拟废水降解率关系m（TiO2）：m（SiO2）1：01：0.21:11:50:1降解率/%7085807515纯纳米TiO2膜具有良好的光催化性能，甲基橙降解率为70%；纯纳米SiO2膜光催化性能差，甲基橙降解率仅为15%；纳米TiO2/SiO2复合膜展现了更优的光催化性能，甲基橙降解率75%~85%。这是因为纳米 TiO2膜表面光滑致密，比表面积小，光催化活性低；而纳米TiO2/SiO2复合膜表面粗糙，比表面积大，光催化活性提高；随着纳米TiO2/SiO2复合膜中SiO2比例的增大，表面又变平整，比表面积变小，使光催化活性降低，优选纳米TiO2/SiO2光催化膜中m（TiO2）：m（SiO2）为1：1。实施例2将镀有不同厚度纳米TiO2/SiO2光催化膜的玻璃片浸入模拟废水中，用卤钨灯模拟的太阳光照射4h后，考察甲基橙溶液的降解率，结果如表2所示。表2光催化膜厚度与模拟废水降解率关系膜厚度/nm50100200400800降解率/%4276858472纳米TiO2/SiO2光催化膜厚度既影响膜层透光率，也影响膜层的光催化活性, 膜层太薄，TiO2粒子数少，太阳光容易穿透，光的利用率低，模拟废水降解率也低；膜层太厚，膜层表面的TiO2粒子已经饱和，膜层表面致密，光催化活性有所降低，太阳光不能透过，特别是太阳光中的紫外光被阻挡，模拟废水降解率也低。对于要求透明条件下使用的光催化膜，优选光催化膜厚度为100~200nm，在半透明条件下使用时，优选光催化膜厚度为200~400nm。实施例3将镀有厚度为200nm的纳米TiO2/SiO2光催化膜的玻璃片连续5次浸入模拟废水中，每次用卤钨灯模拟的太阳光照射4h，考察不同使用次数下对甲基橙溶液的降解率的影响，结果如表3所示。表3 光催化膜循环使用次数与模拟废水降解率关系使用次数/次12345降解率/%8581726043由表3可见，纳米TiO2/SiO2光催化膜活性随使用次数下降，连续使用3次或12h后活性下降至初次的85%，说明其不易吸附污染物和具有一定的抗污染能力；但连续使用5 次或20h后活性下降至初次的50%；随着使用次数和时间的延长, 膜表面的颜色也加深，有甲基橙或一些难降解的有机中间体吸附在膜表面, 使光催化剂膜的吸光能力下降和催化活性降低，优选纳米TiO2/SiO2光催化膜连续使用3次或12h。实施例4用清洁干燥的300mm×300mm太阳电池玻璃样片替代25.4 mm×76.2mm的玻璃载波片，在玻璃样片上辊涂m（TiO2）：m（SiO2）为1：1的纳米TiO2/SiO2混合水溶胶，设定干膜层厚度150~200nm，镀膜玻璃样片经过100~150℃加热固化，在500~720℃下钢化处理3~5min，使纳米TiO2/SiO2光催化膜高温烧结在玻璃样片表面上。将镀膜的玻璃样片浸在盛有10m g/L甲基橙模拟废水的白瓷盘中，令其暴露于夏季中午直射的太阳光下，设定光照强度为1000w本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种玻璃负载纳米TiO2/SiO2膜的制备方法，其特征为采取的技术方案包括纳米TiO2水溶胶的制备、纳米SiO2水溶胶的制备、纳米TiO2/SiO2水溶胶和TiO2/SiO2光催化膜的制备四部分，具体的实施步骤为：（1）将硫酸氧钛结晶溶解在去离子水中，搅拌溶解形成透明钛盐溶液，加入强碱性阴离子交换树脂，强烈搅拌1.0h，用滤网过滤分离离子交换树脂，用去离子水清洗离子交换树脂，得到白色水合TiO2悬浮液；在搅拌下向水合TiO2悬浮液加入草酸，使水合TiO2悬浮液pH=1.9，在60℃下加热搅拌2h，水合TiO2悬浮液逐渐变为透明纳米TiO2水溶胶；（2）在带搅拌的四口玻璃反应器中加入乙醇、去离子水、质量百分浓度为25%的浓氨水、正硅酸乙酯，在室温下进行水解反应48h，水溶胶pH=9.1；向正硅酸乙酯水解液中加入去离子水，转入带刺形分馏柱的玻璃蒸馏塔中，蒸馏分出乙醇水溶液，将其通过强酸性阳离子交换树脂柱脱除残余的铵离子，得到pH为2.0~2.5的酸性纳米二氧化硅水溶胶；（3）将纳米TiO2水溶胶与纳米SiO2水溶胶 分别按m（TiO2）：m（SiO2）=1：1‑10比例混合复配，纳米TiO2/SiO2混合水溶胶在一周内没有发生任何变化；（4）将先后用稀硝酸、去离子水和无水乙醇清洗干净的25.4mm×76.2mm玻璃载波片，分别浸入纳米TiO2/SiO2混合水溶胶中0.5~1min，然后缓慢提拉出玻璃载波片，在玻璃表面形成淡蓝色膜；将镀膜的玻璃片挂在100~150℃烘箱中干燥1~3min，直接进行下一次的涂膜，可以得到不同涂膜厚度的玻璃片，最后在500~600℃高温炉中烧结0.5~2h。...
【技术特征摘要】
1.一种玻璃负载纳米TiO2/SiO2膜的制备方法，其特征为采取的技术方案包括纳米TiO2水溶胶的制备、纳米SiO2水溶胶的制备、纳米TiO2/SiO2水溶胶和TiO2/SiO2光催化膜的制备四部分，具体的实施步骤为：（1）将硫酸氧钛结晶溶解在去离子水中，搅拌溶解形成透明钛盐溶液，加入强碱性阴离子交换树脂，强烈搅拌1.0h，用滤网过滤分离离子交换树脂，用去离子水清洗离子交换树脂，得到白色水合TiO2悬浮液；在搅拌下向水合TiO2悬浮液加入草酸，使水合TiO2悬浮液pH=1.9，在60℃下加热搅拌2h，水合TiO2悬浮液逐渐变为透明纳米TiO2水溶胶；（2）在带搅拌的四口玻璃反应器中加入乙醇、去离子水、质量百分浓度为25%的浓氨水、正硅酸乙酯，在室温下进行水解反应48h，水溶胶pH=9.1；向正硅酸乙酯水解液中加入去离子水，转入带刺形分馏柱的玻璃蒸馏塔中，蒸馏分出乙醇水溶液，将其通过强酸性阳离子交换树脂柱脱除残余的铵离子，得到pH为2.0~2.5的酸性纳米二氧化硅水溶胶；（3）将纳米TiO2水溶胶与纳米SiO2水溶胶分别按m（TiO2）：m（SiO2）=1：1-10比例混合复配，纳米TiO2/SiO2混合水溶胶在一周内没有发生任何变化；（4）将先后用稀硝酸、去离子水和无水乙醇清洗干净...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘炳光，卢俊锋，李建生，
申请(专利权)人：天津市职业大学，
类型：发明
国别省市：天津;12
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。