一种大面积二氧化钛薄膜催化剂的制备设备及其制备方法技术

大面积二氧化钛薄膜催化剂的制备设备及其制备方法，它涉及一种二氧化钛催化剂的制备设备及方法。解决了难以实现在小功率电源条件下连续高效制备大面积二氧化钛薄膜催化剂的问题。反应单体槽内的电解液与由钛制成的阳极的侧面、阴极的侧面同时直接接触，驱动机构用于使反应单体槽沿由钛制成的阳极的侧面做相对移动。主要步骤为：使电解液在电解液槽和反应单体槽之间循环流动；在阳极和阴极之间施加电压或电流，电流密度在２００ｍＡ／ｃｍ２以下，电压在３００Ｖ以下；使反应单体槽按设定要求沿由钛制成的阳极的侧面做相对移动。本设备通过设置可相对由钛制成的阳极移动的反应单体槽，在小功率电源条件下制备大面积二氧化钛薄膜催化剂。本方法生产灵活性好、效率高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种二氧化钛薄膜催化剂的制备设备及用该设备制备二氧化钛薄膜催化剂的制备方法。
技术介绍
二氧化钛光催化技术具有能耗低、操作简便、可减少二次污染等突出优点，被广泛地应用于生产和生活的各个领域。早期的二氧化钛光催化剂以悬浮相为主，催化剂比表面积大，但催化剂易凝聚、难分离、易失活且回收困难，难以商业化应用。目前，固定态二氧化钛光催化剂制备主要有溶胶凝胶法、高温氧化法、等离子体注入和沉积法等，但尚存在催化剂负载不牢固，催化活性较低等问题。采用阳极氧化或微弧氧化法在纯钛基体表面原位生成二氧化钛薄膜也是一种正在研究中的二氧化钛薄膜催化剂制备方法。利用该法制备的催化剂薄膜牢固、耐冲击，催化性能高。但是，现有的阳极氧化或微弧氧化法制备二氧化钛薄膜工艺复杂，对制备的电流、电压要求严格，成本较高。同时，由于反应过程中释放的热量过高，维持反应体系所需温度困难，影响制备效果。在现阶段的工艺条件下，利用该方法制备的二氧化钛催化剂薄膜面积过小，难以工业化应用和商业化生产。因此，如何优化生产工艺，有效利用电流、电压生产大面积的二氧化钛催化剂薄膜是推动该技术能够实际应用的关键。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供，以解决现有技术中难以实现在小功率电源条件下连续高效制备大面积二氧化钛薄膜催化剂的问题。本专利技术所述的"大面积"是指二氧化钛薄膜催化剂制备的面积不受限制，在操作中以时间换取空间，可实现在阳极钛管或阳极钛板的表面上制备二氧化钛薄膜催化剂，即阳极钛管或阳极钛板的表面积有多大，就能制备出相应面积大小的二氧化钛薄膜催化剂。 本专利技术为解决上述技术问题采取的技术方案是 本专利技术所述的一种大面积二氧化钛薄膜催化剂的制备设备包括直流开关稳压稳流电源、由钛制成的阳极、阴极、电解液槽、阳极连接导线和阴极连接导线，所述直流开关稳压稳流电源的正极通过阳极连接导线与由钛制成的阳极相连，所述直流开关稳压稳流电源的负极通过阴极连接导线与阴极相连；所述制备设备还包括反应单体槽、电解液回流管、电解液输送管、驱动机构和电解液输送泵，所述反应单体槽是封闭的容腔，阴极的长度远远小于由钛制成的阳极的长度；电解液槽通过电解液回流管、电解液输送管与反应单体槽连通，设置在电解液输送管上的电解液输送泵使电解液槽中的电解液进入反应单体槽内，反应单体槽内的电解液与由钛制成的阳极的侧面、阴极的侧面同时直接接触，驱动机构用于使反应单体槽沿由钛制成的阳极的侧面做相对移动。 —种利用上述设备进行大面积二氧化钛薄膜催化剂的制备方法按照如下步骤实现步骤一、通过电解液输送泵将电解液槽中的电解液流入反应单体槽内，使电解液在电解4液槽和反应单体槽之间循环流动；步骤二、接通直流开关稳压稳流电源，在由钛制成的阳极和阴极之间施加电压或电流，电流密度在200mA/cm2以下，电压在300V以下；步骤三、启动驱动机构上的电机，使反应单体槽按设定要求沿由钛制成的阻极的侧面做相对移动；反座单体槽可沿由钛制成的阳极的侧面循环、均匀移动进行催化剂制备，也可在一个反应区停留5 10分钟进行阳极氧化后，再沿由钛制成的阳极的侧面继续移动一个反应区的长度后再停留5 10分钟进行阳极氧化，直至阳极氧化反应结束；所述反应区的长度是指反应单体槽内电解液的液面高度。 本专利技术的有益效果是 本专利技术所述设备通过设置可相对阳极(由钛制成的阳极)移动的反应单体槽，使"小部分电解液"和阴极可相对阳极(由钛制成的阳极)的反应面移动，电解液槽内的电解液的循环流动使反应均匀、连续进行，实现了在小功率电源条件下连续高效制备大面积二氧化钛薄膜催化剂，通过阴极、阳极以及电解液之间相对位置的变动实现反应区间的变换，在操作中以时间换取空间，从而实现低成本、小电流、大面积、连续高效地制备二氧化钛薄膜催化剂。所述"小功率"是指与直流开关稳压稳流电源连接的用于进行阳极氧化反应的反应单体槽与阳极接触的面积远远小于阳极的总面积，换言之，反应时的反应区间小，在电流密度一定时，电流就小，在一定电压下产生的功率就小，解决了大功率电源高成本的问题。利用本专利技术设备使得制备大面积二氧化钛薄膜催化剂方法的操作更为简单，而且灵活易于控制、安全可靠，本专利技术方法可实现在阳极钛管的内壁或外壁制备一层二氧化钛薄膜催化剂，还可实现在阳极钛板的单面或双面(同时在阳极钛板的双面)制备一层二氧化钛薄膜催化剂，具有生产灵活性好、效率高的优点。 本专利技术的具体优点主要表现在以下几个方面 —、利用催化剂制各过程中电解液、阳极以及阴极之间相对位置的变动，实现了在小功率电源条件下制备大面积二氧化钛薄膜催化剂。 二、经济实用制备过程中电源功耗小，反应装置体积显著縮小，减少了电解液和阴极材料的使用量，省去了电解液搅拌装置，大幅降低生产成本。并且，催化剂的制备不受基体材料的形状、面积限制，具有广泛的应用性。 三、制备的催化剂薄膜均匀、高效制备过程中电解液得到充分搅动、循环，即保证了电解液的均匀，又很好地解决了热量的释放与温度的控制问题，能严格达到制备所需的条件。同时，电解液快速流动可带走反应过程中产生的气体，消除其对电场的干扰。通过反应区间的均匀变化，还避免了大面积同时制备时高电流、电压作用下不同区间反应不均匀现象。 四、安全可靠制备过程分步或分区间进行，单位时间内功耗及产生的热量都较小，消除了传统工艺中因高电流、高电压的使用和短时间内大量放热所潜在的不安全因素，同时无有害副产物产生，不污染环境。附图说明 图1是本专利技术所述制备设备的整体结构示意图，图2是图1的反应部分的俯视图，图3是具体实施方式三的结构示意图，图4是具体实施方式四的结构示意图，图5是实施方式五的结构示意图，图6是图5的反应部分的俯视图，图7是具体实施方式六的结构示意图，图8是图7的反应部分的俯视图。具体实施例方式具体实施方式一 如图l和2所示，本实施方式所述的一种大面积二氧化钛薄膜催化剂的制备设备包括直流开关稳压稳流电源1、由钛制成的阳极4、阴极7、电解液槽10、阳极连接导线2和阴极连接导线9，所述直流开关稳压稳流电源1的正极通过阳极连接导线2与由钛制成的阳极4相连，所述直流开关稳压稳流电源1的负极通过阴极连接导线9与阴极7相连；所述制备设备还包括反应单体槽6、电解液回流管14、电解液输送管13、驱动机构30和电解液输送泵12，所述反应单体槽6是封闭的容腔，阴极7的长度远远小于由钛制成的阳极4的长度；电解液槽10通过电解液回流管14、电解液输送管13与反应单体槽6连通，设置在电解液输送管13上的电解液输送泵12使电解液槽10中的电解液11进入反应单体槽6内，反应单体槽6内的电解液11与由钛制成的阳极4的侧面、阴极7的侧面同时直接接触，驱动机构30用于使反应单体槽6沿由钛制成的阳极4的侧面做相对移动(驱动机构30中的同步带25带动反应单体槽6上下移动、或者带动由钛制成的阳极4上下移动、或带动阴极7上下移动)。电解液槽10中的电解液11通过电解液输送泵12后进入反应单体槽6，并在反应单体槽6和电解液槽10之间循环流动，保证电解液的充分混匀，并带走反应单体槽6内由于反应产生的热量和气体，保证二氧化钛薄膜催化剂制备的均匀。本实施方式所述的"阴极7的长度远远小于由钛制成的阳极4的长度"是指由钛制成的阳极4的长度至少是阴极7的长度的四倍。 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大面积二氧化钛薄膜催化剂的制备设备，所述制备设备包括直流开关稳压稳流电源（１）、由钛制成的阳极（４）、阴极（７）、电解液槽（１０）、阳极连接导线（２）和阴极连接导线（９），所述直流开关稳压稳流电源（１）的正极通过阳极连接导线（２）与由钛制成的阳极（４）相连，所述直流开关稳压稳流电源（１）的负极通过阴极连接导线（９）与阴极（７）相连；其特征在于：所述制备设备还包括反应单体槽（６）、电解液回流管（１４）、电解液输送管（１３）、驱动机构（３０）和电解液输送泵（１２），所述反应单体槽（６）是封闭的容腔，阴极（７）的长度远远小于由钛制成的阳极（４）的长度；电解液槽（１０）通过电解液回流管（１４）、电解液输送管（１３）与反应单体槽（６）连通，设置在电解液输送管（１３）上的电解液输送泵（１２）使电解液槽（１０）中的电解液（１１）进入反应单体槽（６）内，反应单体槽（６）内的电解液（１１）与由钛制成的阳极（４）的侧面、阴极（７）的侧面同时直接接触，驱动机构（３０）用于使反应单体槽（６）沿由钛制成的阳极（４）的侧面做相对移动。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：尤宏，吴东海，孙胜杰，杜佳暄，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]