本发明专利技术公开了一种介孔纳米晶光催化薄膜及其制备方法。制备方法包括前驱体溶胶的制备，用反提拉－浸渍法挂膜，陈化及热处理等制备步骤，最终得一种介孔纳米晶光催化薄膜。本发明专利技术的一种介孔纳米晶光催化薄膜的制备方法，所获得的光催化薄膜具有很高的光催化活性，同时由于采用的两段式陈化工艺，降低了溶剂蒸发与反应物缩合速率的不平衡，并使溶剂挥发的速率和无机结构的缩合速度加快，快速形成液晶中间相，有利于生成有序结构，增强介孔结构的热稳定性。本发明专利技术获得的介孔纳米晶光催化薄膜的比表面积为１００～１８９ｍ↑［２］／ｇ，孔径分布为２．８～５．１ｎｍ。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及。
技术介绍
自发现光照Ti02半导体电极具有分解水的功能，纳米Ti02光催化氧化 技术作为一种水处理的方法引起了广泛的重视。Ti02具有足够的带隙能 宽度，能催化多种光化学反应。目前，利用纳米尺寸的半导体材料作为 较高光电转换效率的太阳能电池的光阳极以及研制实用、高效的环境友 好光催化剂等已成为世界范围的研究热点。Ti02因其化学性质稳定、难 溶、无毒、成本低等因素，被认为是比较理想的光阳极材料和光催化剂。 催化剂的粒子尺寸是影响光催化活性的主要因素之一， 一般认为粒子尺 寸越小，其光催化活性越高。但应用于水体中的光催化剂，其粒子尺寸 越小越不易与水体分离，从而限制了半导体光催化氧化技术的实用化。 为克服分离催化剂的缺陷，人们采用半导体粒子膜催化剂代替粒子催化 剂。以玻璃为基体的Ti02膜光催化剂的制备和表征有较多报道，也有以 导体金属Ti片为基体的纳米粒子TiCy莫的研究。目前介孔Ti02的应用研究主要集中在光催化剂、太阳能电池电极等方 面。介孔Ti02因其具有高比表面积，发达有序的孔道结构，孔径尺寸在 一定范围内可调，表面易于改性等特点，可以有效地增强Ti02光催化的 性能。实验证明，介孔Ti02比纳米Ti02(P25)具有更高的光催化活性。因 为介孔结构的高比表面积增加了表面吸附的水和羟基，水和羟基可与催 化剂表面光激发的空穴反应产生羟基自由基，而羟基自由基是降解有机 物的强氧化剂.此外，介孔结构更利于反应物和产物的扩散。由于Ti02稳4定、无毒、易成膜，成为选择最多的半导体电极膜材料。染料敏化的介孑LTi02太阳能电池替代传统的固态电池经济高效。而介孔Ti02作为生物活性材料、化学传感器、可控释放包 埋材料，将一些功能有机分子封装于薄膜中制得具有光、电、磁等特殊 性质的材料等应用也有着巨大的开发价值。[Karen LF， et al. Sensitized lumi-nescence of trivalent europium by three—dimensionally arranged anatase nanocrystals in mesOstmctured titaniathin films. Angew Chem Int Ed ， 2002， 41(6): 959]溶胶-凝胶方法制备的介孔Ti02材料比表面积大、孔径分布窄、易沉 积形成透明的纳米膜。介孔结构薄膜的生成与反应物的比例，尤其是模 板剂的用量有很大的关系。文献，Applied Catalysis B: Environmental, 2006， 63(3-4) : 60 - 67]用Tween 80做模板剂，以最佳物质的摩尔比Tween80: iPrOH: acetic acid:TTIP=1:45:6:1，得到了锐钛型具有发达的孔结构的Ti(y莫。进一步 提高膜的性能，需要縮小介孔的孔径分布范围，提高薄膜介孔排列的有序 度，提高其比表面积，并使其具有高催化活性的锐钛矿型。文献. Microporous and Mesoporous Materials, 2006， 88 (1-3) :48-55 ]首次在旋转涂膜时控制湿度60%-70%， 陈化3天保持湿度75%-80%，较低的湿度如30%则不利于介孔生成，这一研 究对有序介孔结构形成做出贡献。文献，高等学校化学学报，2006， 27 (9) :1608-1611]通过掺杂Fe3+/V5+稳定材料的介孔结构(适宜的掺杂摩 尔分数为O. 5%)，平均孔径分别为10.5和9.6 nm。目前，二氧化钛薄膜具有较高的比表面积和一定的有序度，但仍然存 在着很多问题，模板剂的作用机理，在高温脱去模板剂时介孔的塌陷，孔 壁的断裂，有序度降低等。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服上述缺陷，提供一种介孔光催化薄膜及其 制备方法。本专利技术的技术方案一种介孔纳米晶光催化薄膜的制备方法，包括如下制备歩骤 (1)、前驱体溶胶液的制备(a)、将表面活性剂充分溶于无水乙醇中，再加入钛醇盐及乙酰丙酮 后进行快速搅拌，控制转速800r/min，搅拌时间0.5 lh后制成 溶液A;其中钛表面活性剂无水乙醇水乙酰丙酮按摩尔比 为1: 0.02 0.2: 20 30: 5 10: 0.3;钛采用钛醇盐，即钛酸四丁酯或钛酸异丙酯； 表面活性剂采用十六烷基溴化铵CTAB、十六烷基氯化铵 (CTAC)、十六烷基溴化吡啶(CPB)或三嵌段共聚物(pl23);(b) 、将醇、去离子水及浓盐酸混合配成滴加溶液B;其中钛，醇，去离子水及36%的浓盐酸按摩尔比为1:7 10: 5 10: 1~1.5;其中的醇为乙醇或异丙醇； 其中钛为钛酸四丁酯或钛酸异丙酯；(c) 、室温下，将溶液B按其与溶液A按体积比为1: 3，将溶液B滴加到溶液A中，控制滴加的速率为0.5 lmL/min，同 时在滴加过程中进行磁力搅拌，控制转速800r/min，滴加完后用浓盐酸调节pH为2.5~3.5，继续搅拌，控制搅拌转速 800r/min，时间4 8h，得到前驱体溶胶液；(2) 、基体材料的预处理先将片状基体材料置于按去离子水与乙醇按体积比为1: 1的 混合液中，超声水浴振荡15 30min，完毕后送入烘箱控制70°C 进行干燥；其中所述的片状基体材料可为铟化锡玻璃(ITO)、云母片或 石英玻璃；(3) 、用提拉-浸渍法在片状基体材料表面挂膜；将步骤(2)中准备好的片状基体材料置入事先装入步骤(1) 准备好的在常温下半封闭条件存放，并在放置8~72h前驱体溶胶液 的浸渍反提拉装置，浸渍时间5 8min，后打开控制阀，使溶胶液面 向下缓慢移动，控制液面下降速度3 5cm/min，实现待涂膜基片相 对向上提拉来涂膜，通过反复1 3次，即完成挂膜处理；(4) 、两段式陈化将步骤(3)中制备好的膜片进行陈化，首先在20 3(TC下陈化 0.5~lh;后升温到65 80。C，再次陈化3 4d;(5) 、两步升温热处理将步骤(4)经陈化处理得到的膜片，在马弗炉中焙烧，首先 控制升温速率为1 2。C'min"进行升温，至l」100 120。C维持2h，再 以升温速率为0.5 rOmin"进行升温至350~400°C ，维持1 3h， 后打开炉门自然降温，使膜片随炉降到室温，取出即得本专利技术的 介孔催化薄膜样品； 本专利技术的光催化薄膜具有很高的光催化活性，在降解初始浓度 20mg/L甲基橙染料的光电催化反应中，当pH=2，外加偏压为0. 6V， Na2S04电解质溶液浓度为0.01M时降解效果好，降解率可达97%，且薄膜的牢固性较好。通过X射线衍射(XRD)分析、透射电镜(TEM)及N2吸附一脱附等测试 对材料进行了表征。结果表明，本专利技术的通过介孔纳米晶光催化薄膜的 制备方法所获得的介孔纳米晶光催化薄膜比表面积为100 189m7g，孔 径分布为2. 8 5. lnm。本专利技术的有益效果本专利技术的一种介孔纳米晶光催化薄膜的制备方法，所获得的光催化 薄膜具有很高的光催化活性，同时由于采用的两段式陈化工$，降低了 溶剂蒸发与反应物縮合速率的不平衡，并使溶剂挥发的速率和无机结构 的縮合速度加快，快速形成液晶中间相，有利于生成有序结构本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种介孔纳米晶光催化薄膜的制备方法，其特征在于包括如下制备步骤： （１）、前驱体溶胶液的制备 （ａ）、将表面活性剂充分溶于无水乙醇中，再加入钛醇盐及乙酰丙酮后进行快速搅拌，控制转速８００ｒ／ｍｉｎ，搅拌时间０．５～１ｈ后制成溶液 Ａ； 其中钛∶表面活性剂∶无水乙醇∶水∶乙酰丙酮按摩尔比为１∶０．０２～０．２∶２０～３０∶５～１０∶０．３； 钛采用钛醇盐，即钛酸四丁酯或钛酸异丙酯； 表面活性剂采用十六烷基溴化铵ＣＴＡＢ、十六烷基氯化铵（ＣＴＡＣ）、十 六烷基溴化吡啶（ＣＰＢ）或三嵌段共聚物（ｐ１２３）； （ｂ）、将醇、去离子水及浓盐酸混合配成滴加溶液Ｂ； 其中钛，醇，去离子水及３６％的浓盐酸按摩尔比为１∶７～１０∶５～１０∶１～１．５； 其中的醇为乙醇或异丙醇； 其中钛为钛酸四丁酯或钛酸异丙酯； （ｃ）、室温下，将溶液Ｂ按其与溶液Ａ按体积比为１∶３，将溶液Ｂ滴加到溶液Ａ中，控制滴加的速率为０．５～１ｍＬ／ｍｉｎ，同时在滴加过程中进行磁力搅拌，控制转速８００ｒ／ｍｉｎ，滴加完后用浓盐酸调节ｐＨ为 ２．５～３．５，继续搅拌，控制搅拌转速８００ｒ／ｍｉｎ，时间４～８ｈ，得到前驱体溶胶液； （２）、基体材料的预处理： 先将片状基体材料置于按去离子水与乙醇按体积比为１∶１的混合液中，超声水浴振荡１５～３０ｍｉｎ，完毕后送入烘箱控 制７０℃进行干燥； 其中所述的片状基体材料可为铟化锡玻璃（ＩＴＯ）、云母片或石英玻璃； （３）、用提拉－浸渍法在片状基体材料表面挂膜； 将步骤（２）中准备好的片状基体材料置入事先装入步骤（１）准备好的在常温下半封闭条件存放 ，并在放置８～７２ｈ前驱体溶胶液的浸渍反提拉装置，浸渍时间５～８ｍｉｎ，后打开控制阀，使溶胶液面向下缓慢移动，控制液面下降速度３～５ｃｍ／ｍｉｎ，实现待涂膜基片相对向上提拉来涂膜，通过反复１～３次，即完成挂膜处理； （４）、两段式陈化 将步骤（３）中制备好的膜片进行陈化，首先在２０～３０℃下陈化０．５～１ｈ；后升温到６５～８０℃，再次陈化３～４ｄ； （５）、两步升温热处理 将步骤（４）经陈化处理得到的膜片，在马弗炉中焙烧，首先控制升温速率为１～２℃.ｍ ｉｎ↑［－１］进行升温，到１００～１２０℃维持２ｈ，再以升温速率为０．５～１℃.ｍｉｎ↑［－１］进行升温至３５０～４００℃，维持...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李俊，黄靓，
申请(专利权)人：上海应用技术学院，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]
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