一种高比表面积纳米二氧化钛光催化涂层及制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高比表面积纳米二氧化钛光催化涂层及制备方法，属于材料制备领域。将纳米二氧化钛粉体团聚成松散的球形颗粒，通过载气送入低压受控环境下(压力

A high specific surface area nano-titanium dioxide photocatalytic coating and its preparation method

The invention relates to a high specific surface area nanometer titanium dioxide photocatalytic coating and a preparation method, belonging to the field of material preparation. The nanometer titanium dioxide powders are agglomerated into loose spherical particles, which are fed into the controlled environment (pressure) by carrier gas.

【技术实现步骤摘要】
一种高比表面积纳米二氧化钛光催化涂层及制备方法
本专利技术涉及一种高比表面积纳米二氧化钛光催化涂层及制备方法。
技术介绍
环境问题如大气环境污染、水资源污染已成为影响人类生存和发展所面临的关键问题，需开发先进环境治理技术。光催化技术是在光的照射作用下，借助光催化剂加速化学反应的技术，可利用持续的太阳能驱动光催化反应，在环境、能源等领域具有潜在的应用价值。同时，它催化效率高，无毒副产物生成，被认为是解决环境问题的可行技术。TiO2因其稳定的化学性质、高耐久性、低价、无毒和强氧化能力等优点，成为最具有应用前景的光催化材料。其中，纳米颗粒状TiO2催化剂，颗粒粒径小，比表面积大，催化活性较高。然而，在实际应用过程中，尤其在液相中，颗粒状催化剂需要后续的离心或过滤装置进行回收利用，这无疑增加了经济投入和技术复杂度。此外，还可能引起二次环境污染。采用溶胶-凝胶法、化学气相沉积法、热喷涂法、电化学方法等技术方法，可以将TiO2纳米颗粒固定到载体上制备成TiO2涂层，从而解决回收问题。但是，相比纳米颗粒TiO2，涂层TiO2的比表面积极低，致使其催化活性、吸附性能大幅下降。申请号为201610337956.X的专利技术专利“一种微纳米结构复合涂层及其制备方法”采用液料热喷涂方式喷涂，制得兼具耐蚀性、结合强度高的TiO2涂层。通过在喂料中添加聚氨酯或无水乙醇，涂层表面亲疏水可控，有利于光催化功能的发挥。进一步，申请号为201610336095.3的专利技术专利“一种微纳结构光催化涂层及其制备方法”以羟基磷灰石包覆纳米TiO2形成复合材料的悬浮液，将其经热喷涂工艺沉积到基材表面，得到光催化涂层。该专利技术称其所制得的HA-TiO2纳米复合光催化涂层具有多孔微纳米结构、吸附性能优异、光催化性能强的特点，但其报道的比表面积仍然较低，仅有104m2/g。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是针对现有技术中存在的缺陷或不足，提供一种高比表面积纳米二氧化钛光催化涂层。本专利技术的另一目的是提供一种高比表面积纳米二氧化钛光催化涂层的制备方法。一种高比表面积纳米二氧化钛光催化涂层，其特征在于该涂层材料由纳米二氧化钛组成，厚度为100～200μm，涂层具有羽-柱状微纳结构，孔隙率不低于25％，比表面积不低于150m2/g。一种如权利要求1所述的一种高比表面积纳米二氧化钛光催化涂层的制备方法，其特征在于该方法步骤包括：(1)将TiO2粉体置于去离子水中，依次加入粘结剂、分散稳定剂，高速球磨分散6～10小时，配置成稳定的悬浮浆料；(2)将上一步获得的悬浮浆料通过高速离心喷雾造粒，获得团聚粉末；(3)将基体清洗除污，安装到真空腔体的样品支架，抽真空至0.5mbar，再回填氩气至40mbar，然后启动高功率等离子喷枪，再逐渐把真空抽至1.5mbar，使Ar-He等离子体射流膨胀；(4)采用N2载气将步骤(2)的团聚粉末送入高功率等离子喷枪，使其在高温、高速射流中完全气化，然后在基体形成具有羽-柱状微纳结构的纳米二氧化钛涂层。所述的TiO2粉体的平均粒径为50nm，最大粒径不超过100nm。所述的悬浮浆料的组分与质量比为：TiO2粉体5～20％，粘结剂0.1-10％，分散稳定剂0.1-5％，余量为去离子水。所述的团聚粉末结构松散，粒径为15～40μm。所述制备涂层的参数为：高功率等离子喷枪的功率为100～180kW，氩气流量为60～100slpm，氦气流量为30～100slpm，送粉载气N2为16L/min，基体与喷枪的距离为950～2000mm。为分析本专利技术所制备涂层的微观结构与性能，阐明本专利技术的有益效果，将采用X射线衍射仪(XRD)表征涂层物相，采用扫描电子显微镜(SEM)表征涂层断面，采用氮气吸附法检测涂层比表面积，通过涂层降解亚甲基蓝溶液来表征涂层的光催化性能。本专利技术的有益效果：1)本专利技术所制涂层具有羽-柱状微纳结构，吸附性能优异，有利于TiO2的光催化功能的发挥；2)本专利技术所制涂层孔隙率不低于25％，比表面积不低于150m2/g，远超过现有的技术方案；3)本专利技术报道的制备方法操作简单、成本低、适合工业化生产。附图说明图1实施例1涂层的物相分析结果：α-锐钛矿相，β-金红石相；图2实施例2涂层的断面SEM图：1)基体，2)涂层；图3实施例2涂层降解亚甲基蓝的情况。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术的制备方法做进一步说明。实施例1(1)将100g的纳米TiO2粉体置于1000g去离子水中，依次加入5g聚乙烯乙二醇、1g单宁酸，高速球磨分散10小时，配置成稳定的悬浮浆料；(2)将上一步获得的悬浮浆料通过高速离心喷雾造粒，获得粒径为15～40μm的团聚粉末；(3)将低碳钢清洗除污，安装到真空腔体的基体支架，抽真空至0.5mbar，再回填氩气至40mbar，然后启动高功率等离子喷枪，再逐渐把真空抽至1.5mbar，使Ar-He等离子体射流膨胀；(4)采用N2载气将步骤(2)的团聚粉末送入高功率等离子喷枪，使其在高温、高速射流中完全气化，然后在基体形成纳米二氧化钛涂层。所用喷涂参数为：高功率等离子喷枪的功率为125kW，氩气流量为100slpm，氦气流量为40slpm，送粉载气N2为16L/min，基体与喷枪间距离保持为950mm。采用X射线衍射仪(XRD)表征涂层物相，图1为对应的测试结构。由XRD图谱分析可知，涂层中主要是锐钛矿相和金红石相，两种物相的混晶有利于光催化性能的提升。实施例2(1)将100g的纳米TiO2粉体置于1000g去离子水中，依次加入5g聚乙烯乙二醇、2g阿拉伯树胶，高速球磨分散8小时，配置成稳定的悬浮浆料；(2)将上一步获得的悬浮浆料通过高速离心喷雾造粒，获得粒径为15～40μm的团聚粉末；(3)将316L不锈钢基体清洗除污，安装到真空腔体的支架，抽真空至0.5mbar，再回填氩气至40mbar，然后启动高功率等离子喷枪，再逐渐把真空抽至1.5mbar，使Ar-He等离子体射流膨胀；(4)采用N2载气将步骤(2)的团聚粉末送入高功率等离子喷枪，使其在高温、高速射流中完全气化，然后在基体形成纳米二氧化钛涂层。所用喷涂参数为：高功率等离子喷枪的功率为130kW，氩气流量为90slpm，氦气流量为35slpm，送粉载气N2为16L/min，基体与喷枪间距离保持为950mm。采用扫描电子显微镜(SEM)表征涂层断面的显微结构，图2为SEM照片。由其可分析，涂层具有羽-柱状微纳结构，且羽-柱微结构单元之间存在大量孔隙，区别于现有制备技术所获得的光催化涂层。实施例3(1)将100g的纳米TiO2粉体置于1000g去离子水中，依次加入5g聚乙烯吡咯烷酮、1g单宁酸，高速球磨分散10小时，配置成稳定的悬浮浆料；(2)将上一步获得的悬浮浆料通过高速离心喷雾造粒，获得粒径为15～40μm的团聚粉末；(3)将低碳钢清洗除污，安装到真空腔体的基体支架，抽真空至0.5mbar，再回填氩气至40mbar，然后启动高功率等离子喷枪，再逐渐把真空抽至1.5mbar，使Ar-He等离子体射流膨胀；(4)采用N2载气将步骤(2)的团聚粉末送入高功率等离子喷枪，使其在高温、高速射流中完全气化，然后在基体形成纳米二氧化钛涂层。所用喷涂参数为：高功率等离子喷枪的功率为12本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高比表面积纳米二氧化钛光催化涂层，其特征在于该涂层材料由纳米二氧化钛组成，厚度为100～200μm，涂层具有羽‑柱状微纳结构，孔隙率不低于25％，比表面积不低于150m2/g。

【技术特征摘要】
1.一种高比表面积纳米二氧化钛光催化涂层，其特征在于该涂层材料由纳米二氧化钛组成，厚度为100～200μm，涂层具有羽-柱状微纳结构，孔隙率不低于25％，比表面积不低于150m2/g。2.一种如权利要求1所述的一种高比表面积纳米二氧化钛光催化涂层的制备方法，其特征在于该方法步骤包括：(1)将TiO2粉体置于去离子水中，依次加入粘结剂、分散稳定剂，高速球磨分散6～10小时，配置成稳定的悬浮浆料；(2)将上一步获得的悬浮浆料通过高速离心喷雾造粒，获得团聚粉末；(3)将基体清洗除污，安装到真空腔体的样品支架，抽真空至0.5mbar，再回填氩气至40mbar，然后启动高功率等离子喷枪，再逐渐把真空抽至1.5mbar，使Ar-He等离子体射流膨胀；(4)采用N2载气将步骤(2)的团聚粉末送入高功率等离子喷枪，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘学璋，
申请(专利权)人：江西科技师范大学，
类型：发明
国别省市：江西,36