微米/纳米ZnFe制造技术

本发明专利技术涉及一种光催化微米/纳米ZnFe

Micro / nano ZnFe

【技术实现步骤摘要】
微米/纳米ZnFe2O4-TiO2异质结复合涂层的制备方法及其应用
本专利技术涉及复合涂层领域，具体涉及一种光催化微米/纳米ZnFe2O4-TiO2异质结复合涂层的制备方法、由上述方法制备的异质结复合涂层及其在光催化降解有机污染物中的应用。
技术介绍
光催化作用机理是当光照射至半导体表面时，能量hv大于禁带宽度Eg的光电子被吸收而将价带的电子激发到导带，在半导体中产生光生电子和空穴。所产生的光生电子和孔穴分别具有强还原性和强氧化性。研究表明，将TiO2与其它物质进行复合，可以显著提高其可见光利用率和光量子效率，阻止光生电子和空穴的复合、提高其光催化活性。ZnFe2O4纳米材料为尖晶石结构是一种具有较高光催化活性并对可见光敏感的半导体催化剂。现有技术中对ZnFe2O4-TiO2做了大量研究。“MagneticallyseparableZnFe2O4,Fe2O3/ZnFe2O4andZnO/ZnFe2O4hollownanosphereswithenhancedvisiblephotocatalyticproperties”通过浸渍-煅烧过程合成Fe2O3/ZnFe2O4以及ZnO/ZnFe2O4空心纳米球粉末。中国专利CN109837516A公开了一种磁控溅射制备ZnFe2O4/Fe2O3三维异质结纳米材料的方法，分别以Fe和ZnO作为靶材，Fe靶材通过直流溅射源进行溅射，ZnO靶材通过射频溅射源进行溅射，对Fe靶材和ZnO靶材同时进行磁控溅射，溅射完成后，取出产物并放置在马沸炉中高温退火处理，得到具有复杂纳米结构的ZnFe2O4/Fe2O3三维异质结纳米材料。“InfluenceofZnFe2O4dopingonthestructuralandopticalpropertiesofTiO2films”通过射频磁控溅射ZnFe2O4/Ti02复合靶材制备了ZnFe2O4/TiO2复合薄膜，在该方法种还需要化学络合方法制备TiO2和ZnFe2O4粉末混合物并经过高温烧结获得复合靶材；同时，该方法只能制备ZnFe2O4掺杂含量固定的复合薄膜，为了获得所需含量，每次都需要提前制备一定ZnFe2O4含量的复合靶材。这样的方法存在效率低，而且磁控溅射过程含量并非严格意义上对应靶材的含量，所以不易于控制掺杂含量。中国专利CN1201769A公开了超声-球磨复合法、溶胶-凝胶法和复合有机溶胶法制备铁酸锌-二氧化钛纳米复合材料，如果需要，则将制备的复合有机胶提拉或旋转涂膜转移至基片上，再经热处理可得纳米级的铁酸锌-二氧化钛纳米复合膜。然而对于结构和光催化性能却没有给出任何技术启示。“TiO2纳米薄膜和TiO2/ZnFe2O4纳米复合薄膜的光学性能研究”用磁控溅射方法制备了TiO2纳米薄膜和TiO2/ZnFe2O4纳米复合薄膜。虽然通过热处理和掺杂纳米ZnFe2O4可以实现对纳米TiO2薄膜光吸收边大范围的调制，但是制备的薄膜结构单一，制备过程复杂。“铁酸锌复合石墨烯-二氧化钛光催化剂的研制及性能调控机制研究”通过硝酸铁、硝酸锌以碳酸氢铵水热反应后，经过煅烧、管式炉、在乙醇和尿素中超声分散、再经蒸汽-热处理挥发溶剂后水洗、干燥获得N-TiO2/ZnFe2O4复合粉末材料。该合成路线各个步骤需要进行调控，并且难以保证氮掺杂含量，此外合成步骤也过于繁琐。中国专利CN108588626A公开了一种具有优良生物相容性的微米/纳米多级结构二氧化钛涂层及其制备方法，采用含有纳米TiO2粉体的喷涂液料，利用真空感应等离子体喷涂技术在基材表面沉积得到所述微米/纳米多级结构二氧化钛涂层。但是该方案着重研究二氧化钛涂层的生物相容性，并没有涉及光催化性能。对于如何与其他材料复合并没有过多的研究。“Inductionplasma-sprayedphotocatalyticallyactivetitaniacoatingsandtheircharacterisationbymicro-Ramanspectroscopy”虽然采用真空感应等离子体喷涂技术制备了具有光光催化活性二氧化钛涂层，但是二氧化钛涂层呈纳米晶态涂层，微观结构由多孔骨架状金红石基质填充锐钛矿粒子组成。“等离子喷涂二氧化钛涂层的制备及表征”采用将铁酸锌、二氧化钛两种粉按一定比例混合并加入适量聚乙烯醇作为粘结剂，然后球磨6小时，烘干后过80目筛，可用于等离子喷涂制备二氧化钛和铁酸锌复台涂层。该方法也需要提前将两者按照一定配比混合作为喷涂喂料，对于控制铁酸锌含量效率依然低下，显微结构表明为表面存在粒径在50nm的粒子存在的层状结构。如何获得具有高光催化活性结构且能够有效调节和控制铁酸锌含量依然是需要研究方向。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足和缺陷，本专利技术的目的之一在于提供一种光催化微米/纳米ZnFe2O4-TiO2异质结复合涂层的制备方法。通过改进液相感应等离子喷涂技术，并对液相进料进行改进，采用分离的液相悬浮液作为喷涂材料，在基体上制备了ZnFe2O4含量可调节的具有微米/纳米结构的ZnFe2O4-TiO2异质结复合涂层。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种光催化微米/纳米ZnFe2O4-TiO2异质结复合涂层的制备方法，包括如下步骤：S1.基体预处理：对于非金属基体，基体依次在丙酮、无水乙醇、去离子水中溶液中超声清洗5-10min，再置于烘箱中40～60℃干燥10-30min；对于金属基体，基体先用0.1-0.5wt％HCl溶液浸泡3-5min，然后依次在丙酮、无水乙醇、去离子水中溶液中超声清洗5-10min，再置于烘箱中60～80℃干燥10-30min；S2.喷涂液料的制备：将纳米级TiO2粉末与微米级TiO2粉末按照质量比为(2-3)：1分散于无水乙醇中形成固液比为3％-10％的悬浮液，将悬浮液置于磁力搅拌器中搅拌30-50min，随后超声20-30min；将纳米级ZnFe2O4粉末分散于无水乙醇中形成固液比为0.1-0.5％的悬浮液，将悬浮液置于磁力搅拌器中搅拌10-20min，随后超声10-20min；S3.将预处理的基体置于感应等离子喷涂设备1中，沉积之前通过真空泵13对腔体12进行抽真空至1-10kPa，打开RF电源7，通入中心气体5以及鞘气6；工艺参数为：RF功率为5-20kW、中心气体5流量为20～40slpm、鞘气6流量为10～20slpm、喷涂距离为80～120mm、TiO2悬浮液输送速度为30～50ml/min、ZnFe2O4悬浮液输送速度为5～10ml/min、基体温度为300-500℃、喷涂时间为5-10min。S4.取出基体置于箱式电阻炉中450℃热处理2-2.5小时，冷却后取出获得微米/纳米ZnFe2O4-TiO2异质结复合涂层。进一步的，所述非金属基材为玻璃、石英片、单晶硅；所述金属基材为钛及钛合金、不锈钢。进一步的，所述纳米级TiO2粉末的粒径为50-200nm，微米级TiO2粉末的粒径为20-80μm；优选地，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微米/纳米ZnFe

【技术特征摘要】
1.一种微米/纳米ZnFe2O4-TiO2异质结复合涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.基体预处理：对于非金属基体，基体依次在丙酮、无水乙醇、去离子水中溶液中超声清洗5-10min，再置于烘箱中40～60℃干燥10-30min；对于金属基体，基体先用0.1-0.5wt%HCl溶液浸泡3-5min，然后依次在丙酮、无水乙醇、去离子水中溶液中超声清洗5-10min，再置于烘箱中60～80℃干燥10-30min；
S2.喷涂液料的制备：将纳米级TiO2粉末与微米级TiO2粉末按照质量比为（2-3）：1分散于无水乙醇中形成固液比为3%-10%的悬浮液，将悬浮液置于磁力搅拌器中搅拌30-50min，随后超声20-30min；将纳米级ZnFe2O4粉末分散于无水乙醇中形成固液比为0.1-0.5%的悬浮液，将悬浮液置于磁力搅拌器中搅拌10-20min，随后超声10-20min；
S3.将预处理的基体置于感应等离子喷涂设备中，沉积之前通过真空泵对腔体进行抽真空至1-10kPa，打开RF电源，通入中心气体以及鞘气；工艺参数为：RF功率为5-20kW、中心气体流量为20～40slpm、鞘气流量为10～20slpm、喷涂距离为80～120mm、TiO2悬浮液输送速度为30～50ml/min、ZnFe2O4悬浮液输送速度为5～10ml/min、基体温度为300-500℃、喷涂时间为5-10min；
S4.取出基体置于箱式电阻炉中450℃热处理2-2.5小时，冷却后取出获得微米/纳米ZnFe2O4-TiO2异质结复合涂层。


2.根据权利要求1所述的一种微米/纳米ZnFe2O4-TiO2异质结复合涂层的制备方法，其特征在于，所述非金属基材为玻璃、石英片、单晶硅；所述金属基材为钛及钛合金、不锈钢。


3.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾军宝，
申请(专利权)人：广州市豪越新能源设备有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44