石英管表面负载纳米二氧化钛膜的制备及其应用制造技术

本发明专利技术涉及了在石英管内表面或者外表面负载纳米二氧化钛（ＴｉＯ↓［２］）膜或掺杂Ａｇ↑［＋］，Ｃｕ↑［２＋］，Ｃｏ↑［２＋］及氧化铁的ＴｉＯ↓［２］膜的新方法。首先用钛酸正丁酯水解制备不同浓度的ＴｉＯ↓［２］溶胶，然后通过旋转提拉法或者浸渍法在石英管外表面或者内表面均匀涂抹ＴｉＯ↓［２］溶胶，然后在马弗炉中煅烧，获得表面镀膜均匀的石英管。通过控制溶胶成份及镀膜厚度，可以获得从无色到紫色、金黄色，具有显著疏水效应，高耐候性的石英管。该方法能够用于工业上各种石英管的表面改性，着色，并能利用纳米ＴｉＯ↓［２］优良的光催化性能，用于空气净化及污水杀菌处理。

Preparation and application of nano titania film supported on quartz tube surface

The invention relates to a quartz tube inner surface or outer surface of TiO2 (TiO: 2) or Ag =, + doped film, Cu =, +, Co + = new method, and the iron oxide TiO down 2 film. First, using tetrabutyl titanate hydrolysis preparation of different concentrations of TiO: 2 Sol, then by rotating the Czochralski method or impregnation method in the quartz tube outer surface or inner surface evenly down TiO 2 Sol, and then calcined in a muffle furnace, coating the surface of the quartz tube to obtain uniform. By controlling the composition of the sol and the coating thickness, quartz tubes from colorless to purple and gold with remarkable hydrophobic effect and high weather resistance can be obtained. This method can be used for a variety of industrial quartz tube surface modification, coloring, and can use the photocatalytic performance of nano TiO: 2 excellent, for air purification and sewage treatment.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及利用旋转提拉法或者浸渍法在石英管外表面或者内表面涂覆纳米Ti02膜或掺杂Ag+， Cu2+， C(^+及氧化铁的Ti02膜的新方法，用于石英管的表面处理及功能拓展，属于化学化工领域。
技术介绍
石英管主要成份为Si02,由于具有辐射率稳定、高温不变形、无有害辐射、耐高温、抗蚀能力极高， 化学稳定性好、热惯性小、热响应速度快、热转换效率高，同时还可透过19(K320nm波长的紫外线，石英 管在医疗器械、水处理，食品卫生杀菌以及远红外加热元件等领域得到广泛应用。未经表面特殊处理的石 英管均为透明色，由于表面含有一定量的羟基，表现为亲水性，水滴及灰尘容易在表面富集，影响石英管 的使用。Ti02是一种优异的光催化剂，有大量文献报道了在表面形成一层Ti02膜具有疏水与自洁净功能。如 中国专利技术专利01129992.4公开了用气相沉积法(CVD)在玻璃、陶瓷、不锈钢等基体上沉积自洁净、超亲水 性光催化薄膜的方法；松下电工株式会社在中国申请的专利技术专利96112659.0提供了一种表面涂布具有光催 化活性Ti02的方法，可广泛用于照明设备、浴室设备、汽车、个人用品等领域。然而在很多领域，如汽车内部空气净化，实验室用水杀菌，工业污水处理等，人们需要石英管具有更 多的功能。本专利技术结合表面镀膜技术，在石英管表面或者内部均匀地镀上一层或多层纳米Ti02膜或掺杂 TiCb膜，能达到石英管表面着色，自洁净及在紫外灯照射下具有杀菌功能。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种在石英管外表面或者内表面均匀镀上一层或多层Ti02光催化薄膜的制备方 法，该方法是用钛酸正丁酯水解制备TiCh溶胶，然后用旋转提拉法或者浸渍法在外表面及内表面镀膜，形 成表面均匀，具有疏水效应及高耐侯性，杀菌功能的石英管，同时，通过控制镀膜厚度，在石英管表面可 以形成不同的颜色。本专利技术技术方案如下在石英管表面负载纳米Ti02膜的制备方法，其特征在于该方法包括如下步骤.-(1)将一定量的钛酸正丁酯加入一定的无水乙醇中，在恒温搅拌条件下，缓慢滴加含水及HN03的 混合液,获得淡蓝色的Ti02溶胶；(2) 把表面清洁的石英管放入稀酸(pH=4)溶液中浸泡20分钟，洗涤除去表面污物，然后放入碱性 溶液中进行表面活化，放入真空干燥箱中干燥；(3) 将预处理的石英管浸入Ti02溶胶中，用自行设计的装置进行旋转提拉法镀膜，控制上升速率为 0.5~4cm/s ，室温下自然干燥后，放入马弗炉中，在空气气氛中250 500C煅烧l~3h，自然冷却到室温， 即在石英管表面镀上一层均匀的纳米Ti02膜。重复n次，每次镀膜的条件一致，可获得不同厚度的Ti02 膜。不同的膜厚表现出不同的颜色，从无色、紫色到金色；(4) 用同样的方法处理石英管内表面，然后浸入Ti02溶胶中，经同样的工序，获得内表面附有不同厚 度Ti02膜的石英管。本专利技术的溶胶除了纯的Ti02溶胶，还可在里面加入不同体积比的Ag+， Cu2+， Cc^+及Fe(OH)3胶体， 让石英管的表面着色更为丰富，改善Ti02膜的光催化性能。利用本专利技术制备出的表面镀有纳米Ti02膜的石英管，经过600 1000t:的高温煅烧lh, pH=l强酸及 pH=13强碱各浸泡24h的耐侯性实验，Ti02膜不会脱落和发生化学变化。随着Ti02膜层数n的变化，石 英管可以为高透光率的无色(n=l)，淡紫色(n=2)，彩色(n=3),以及加入少量其它物质后，如Fe(OH)3 胶体，表现为金色，所有镀层均表现为水滴在石英管表面不铺展，聚集成滴，具有强疏水性。用平板法对 内表面镀Ti02膜的石英管对污水杀菌进行了研究，在紫外照射下，石英管杀菌率明显提高，杀菌前后的细 菌绝对数量由9.1X 103下降到3.5X103,比未镀纳米二氧化钛膜的石英管减少了 50%甚至更多，多次重复使用后，杀菌率变化不大。 具体实施例方式(1) TiOj溶胶及Ti02和Fe(OH)3混合溶胶的制备将10ml钛酸正丁酯(分析纯)加入盛有200ml无水乙醇的烧杯中，放在恒温(温度35~45C )磁力 搅拌机上低速搅拌，烧杯上方是装有0.5mol/L硝酸(HN03)的酸式滴定管，逐滴加入100ml,可以获得 淡蓝色的Ti02溶胶。在装有1500ml沸腾的蒸馏水的烧杯中加入100g三氯化铁(FeCl3) ， FeCl3水解生成红棕色的Fe(OH)3 胶体，在空气中自然冷却后，过滤除去下面沉淀，获得纯净的红棕色胶体。按Ti02溶胶和Fe(OH)3溶胶不 同体积比混合，如3: 1，即获得混合溶胶。(2) 在石英管外表面镀纳米薄膜或掺杂有氧化铁的Ti02薄膜将石英管(长度300mm，直径20mm，)用洗漆剂及蒸馏水反复洗涤后，放入稀酸(pH=4)溶液中浸 泡20分钟后，又用蒸馏水洗涤，放入碱性溶液中浸泡20分钟，让表面活化，用蒸馏水洗涤后放入真空干 燥箱中干燥。在高度为500mm，直径为100mm的容器中盛入1102溶胶，用自行设计的提升装置对处理后 的石英管镀膜。提升装置的速度由步进电机控制，提升的快慢影响镀膜的厚度。石英管在溶胶中浸泡2分 钟后，以1.5 cm/s的提升速率取出石英管，然后在室温下自然旋转干燥后，放入升温速率为8t:/mta的马 弗炉中，在空气气氛中350C煅烧2h，自然冷却，即可在石英管表面镀上一层均匀的纳米Ti02膜。重复n 次，每镀一层均控制相同的条件，可获得不同厚度的Ti02膜。当层数n变化时，石英管表面呈现出不同的 颜色，如无色(n=l)，淡紫色(n=2)，彩色(n=3)。若改变溶胶体积比为3: 1的混合溶胶(Ti02溶胶 Fe(OH)3溶胶)，可获得金色系列的石英管。(3) 耐侯性实验及表面性能测试 利用上述方法制备出的表面镀有纳米或含有氧化铁的Ti02膜的石英管，放入温度为800C的马弗炉中煅烧lh后，取出立即用自来水冲洗冷却，然后放入pH=l强酸及pH=13强碱各浸泡24h，表面的膜未见脱 落和发生任何化学变化。镀膜后的石英管和未镀膜的石英管相比，水滴在表面不会铺展，成球形，表现出 很好的疏水性能，放在室外60天，表面未见自然污物，如灰尘、霉斑，有很强的自洁净功能。(3)对污水的光催化杀菌测试先将所有要用的仪器与用具用湿热灭菌法在高压蒸汽锅内灭菌，灭菌时间为20~30min，温度为 121.3~128°C。分别将新鲜采取的生活污水注入未镀Ti02膜、镀有一层、二层及三层TK)2膜的石英管各3 支中，总共12支，石英管用灭菌棉花封口以免被空气中的细菌污染造成结果不准。把装有生活污水的石 英管用功率为350W，距离为0.5m的紫外灯照射杀菌，时间为20min。将原水稀释到10—6，经过杀菌的水 样稀释到10—2，然后采用混菌法测定细菌含量。原水采用IO"4、 l(T5、 1(^三个浓度梯度，各倒三个平板； 未镀Ti02膜的水样采用10々浓度，各倒三个平板；镀有一层Ti02膜、镀有二层Ti02膜、镀有三层TiCb 膜采用10々水样测定细菌含量，各倒三个平板；再用一个平板倒入牛肉膏蛋白胨培养基做空白实验。在37 'C的培养箱中培养24小时，观察记录细菌数量。取其中部分结果列入表l。表1不同处理方式原水细菌数的变化细菌数量的平均值(个)原水水样本文档来自技高网...

【技术保护点】
在石英管外表面或内表面镀纳米二氧化钛膜的制备方法，其特征在于镀膜基材为工业上广泛使用的各种石英管，以ＴｉＯ↓［２］溶胶或含有其它溶胶的混合溶胶为镀液，通过自动装置进行旋转提拉法或者浸渍法在石英管外表面或者内表面涂覆纳米ＴｉＯ↓［２］膜及掺杂其它金属离子，Ａｇ↑［＋］，Ｃｕ↑［２＋］，Ｃｏ↑［２＋］或氧化铁的方法，进行石英管的表面处理。获得的石英管表面通过ＴｉＯ↓［２］膜及其掺杂离子或氧化物获得不同的表面颜色，且具有自洁净功能和疏水性能；在内表面镀ＴｉＯ↓［２］膜的石英管，具有杀菌功能。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王显祥，何娟，苟慧，詹学梅，黄晓，
申请(专利权)人：王显祥，何娟，苟慧，
类型：发明
国别省市：51[中国|四川]