專利名稱：一種光催化膜及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光催化膜及其制備方法。
背景技術(shù)：
目前，水體污染的問題越來越嚴(yán)重，造成水體污染的元兇之一就是一些有機(jī)物，如何高效的分解這些有機(jī)污染物已成為越來越多科技工作者所關(guān)注的問題。
1976年，Carey等發(fā)現(xiàn)TiO2-H2O體系在光照條件下可非選擇地氧化降解有機(jī)物以來，半導(dǎo)體多相催化技術(shù)已成為一個新興的研究學(xué)科，由于TiO2具有化學(xué)穩(wěn)定性好，光催化活性高，價廉易得等優(yōu)點(diǎn)，它已被廣泛用于處理各種廢水，但以前，人們大多是將TiO2顆粒懸浮于液相中用以催化分解有機(jī)物或其它污染物，但這種懸浮體光催化氧化法的催化劑在水中易凝聚而失活，使光的穿透力受阻，尤其是處理后的催化劑的分離與回收的難題已成為該技術(shù)能否實(shí)用的關(guān)鍵?？紤]到這種情況，人們便在如何提高TiO2光催化效率上作出了很多努力，將TiO2制成薄膜被認(rèn)為是一種有效的方法，因而近年來，納米TiO2粒子負(fù)載膜的制備及光催化活性的研究已成為重要的研究方向，每年這方面發(fā)表的文獻(xiàn)非常之多。有人采用聚合物為粘合劑，將其涂覆于玻璃板上，形成一層薄膜，將TiO2納米粉體涂于此膜上，形成二次膜，以此為負(fù)載型TiO2光催化劑。但這種方法存在的問題是這種TiO2光催化劑在催化分解有機(jī)物的同時會將其載體粘合劑也降解破壞掉。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是針對上述問題提供一種可分解水中有機(jī)物的光催化膜及其制備方法。
本發(fā)明提供的技術(shù)方案是一種光催化膜，由網(wǎng)狀載體，附著在網(wǎng)狀載體上的油漆層，附著在油漆層上的硅烷偶聯(lián)劑層和附著在硅烷偶聯(lián)劑涂層上的納米TiO2膜組成。
上述油漆可選用粘合性較強(qiáng)的有機(jī)高聚物油漆如聚氨酯或聚酯等。
上述網(wǎng)狀載體為塑料網(wǎng)或金屬網(wǎng)(銅網(wǎng)、不繡鋼網(wǎng)、鐵網(wǎng)、鋁網(wǎng)等)。
上述納米TiO2膜中的納米TiO2的晶型為銳鈦相或銳鈦相與金紅石相的混晶，其顆粒粒徑為5-80nm。
本發(fā)明還提供了上述光催化膜的制備方法在網(wǎng)狀載體上涂附油漆；在油漆干之前，在其上涂附硅烷偶聯(lián)劑，在空氣中靜置至材料表面的硅烷偶聯(lián)劑固化；將納米TiO2分散于C1-C4的有機(jī)醇水溶液中形成1～25wt％的懸濁液或溶膠，將該懸濁液或溶膠涂附在硅烷偶聯(lián)劑上，烘干即得所需光催化膜。
上述有機(jī)醇水溶液的體積濃度在30％～90％。
上述有機(jī)醇為乙醇(可用工業(yè)酒精，或醫(yī)用酒精)、丙醇或異丁醇等。
硅烷偶聯(lián)劑推薦采用WD-10，WD-20，WD-21，WD-30，WD-40，WD-42，WD-50，WD-51，WD-52，WD-53，WD-54，WD-55，WD-60，WD-70，WD-80，WD-921，WD-922，WD-923，WD-931，WD-932，WD-90A，WD-90，WD-91，WD-92，8510，881，DMC(二甲基硅氧烷混合環(huán)體)，WD-9110，WD-98，WD-941或WD-942(武漢大學(xué)化工廠有售)等。
本發(fā)明將同時連有親油性基團(tuán)(憎水端)與親水性基團(tuán)(親水端)的硅烷偶聯(lián)劑涂于油漆與TiO2納米微晶懸浮體之間，形成“油漆-硅烷偶聯(lián)劑-TiO2納米粉體”催化膜。硅烷偶聯(lián)劑起的作用是阻隔油漆與TiO2納米微晶，以防止TiO2在催化分解有機(jī)物的同時也將油漆降解破壞。本發(fā)明方法操作很簡單，不用高溫?zé)Y(jié)也可使TiO2納米粉體比較牢固的固著于載體之上。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1、制備方法非常簡便，無需特殊設(shè)備，無需高溫灼燒。
2、以連有親油性基團(tuán)(憎水端)與親水性基團(tuán)(親水端)的硅烷偶聯(lián)劑(尤其是憎水端為烷基的硅烷偶聯(lián)劑)制得的光催化膜，有非常好的光催化活性。在太陽光照射下可在一到兩小時內(nèi)將某些有機(jī)物(如甲基橙)幾乎完全分解。
3、以上述硅烷偶聯(lián)劑制得的光催化膜有較好的持續(xù)光催化能力，即在光照催化分解有機(jī)物一段時間后，置于暗處，在較長時間內(nèi)仍可繼續(xù)催化分解有機(jī)物。
4、在一定時間，將使用過的光催化膜置于清水中，并放在強(qiáng)太陽光下照射一段時間，使其表面的TiO2納米微晶恢復(fù)光催化活性，從而又可以繼續(xù)使用，而不會失效。


附圖本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的光催化膜由網(wǎng)狀載體4，附著在網(wǎng)狀載體4上的油漆層3，附著在油漆層3上的連有憎水端5與親水端6的硅烷偶聯(lián)劑涂層2和附著在硅烷偶聯(lián)劑涂層2上的納米TiO2膜1組成。
實(shí)施例1以不銹鋼網(wǎng)為載體，在不銹鋼網(wǎng)上涂附聚氨酯油漆；在油漆干之前，在其上涂附硅烷偶聯(lián)劑DMC、WD-10、WD-30、WD-50、WD-60或WD-80(從武漢大學(xué)化工廠購買)，在空氣中靜置至材料表面的硅烷偶聯(lián)劑固化；將銳鈦型、粒徑為25納米的TiO2分散于工業(yè)酒精中形成20wt％的懸濁液或溶膠，將該懸濁液或溶膠涂附在硅烷偶聯(lián)劑上，在紅外燈下烘干即得光催化膜。
在太陽光照射下，比較使用不同硅烷偶聯(lián)劑制得的催化劑膜光催化分解甲基橙的效果

實(shí)施例2以銅網(wǎng)為載體，在銅網(wǎng)上涂附聚酯油漆，在其上涂附硅烷偶聯(lián)DMC、WD-10、WD-30、WD-50、WD-60或WD-80(從武漢大學(xué)化工廠購買)，在空氣中靜置至材料表面的硅烷偶聯(lián)劑固化；將銳鈦型、粒徑為25納米的TiO2分散于工業(yè)酒精中形成20wt％的懸濁液或溶膠，將該懸濁液或溶膠涂附在硅烷偶聯(lián)劑上，在紅外燈下烘干即得光催化膜。
在太陽光照射下，光催化分解甲基橙半小時，再將催化系統(tǒng)置于暗處2.5小時后催化劑膜的持續(xù)光催化能力的比較

實(shí)施例3以塑料網(wǎng)為載體，在塑料網(wǎng)上涂附聚氨酯油漆；在其上涂附硅烷偶聯(lián)劑WD-60、WD-10、DMC(從武漢大學(xué)化工廠購買)，在空氣中靜置至材料表面的硅烷偶聯(lián)劑固化，將晶型為以銳鈦相為主，摻有約20wt％金紅石相、粒徑為10納米的TiO2分散于體積濃度為80％的異丁醇的水溶液中形成25wt％的懸濁液或溶膠，將該懸濁液或溶膠涂附在硅烷偶聯(lián)劑上，在紅外燈下烘干即得光催化膜。
在太陽光照射下，比較使用不同硅烷偶聯(lián)劑制得的催化劑膜光催化分解甲基橙的效果

實(shí)施例4以不銹鋼網(wǎng)為載體，在不銹鋼網(wǎng)上涂附聚氨酯油漆；在其上涂附硅烷偶聯(lián)劑WD-60，在空氣中靜置至材料表面的硅烷偶聯(lián)劑固化，將銳鈦型、粒徑為5納米的TiO2分散于醫(yī)用酒精(乙醇體積濃度75％)中形成5wt％的懸濁液或溶膠，將該懸濁液或溶膠涂附在硅烷偶聯(lián)劑上，在紅外燈下烘干即得光催化膜。
在太陽光照射下，約5分鐘后甲基橙就完全褪色。
實(shí)施例5以鐵網(wǎng)為載體，在鐵網(wǎng)上涂附聚氨酯油漆；在其上涂附硅烷偶聯(lián)劑WD-60，在空氣中靜置至材料表面的硅烷偶聯(lián)劑固化，將銳鈦型、粒徑為80納米的TiO2分散于體積濃度30％的丙醇的水溶液中形成1wt％的懸濁液或溶膠，將該懸濁液或溶膠涂附在硅烷偶聯(lián)劑上，在紅外燈下烘干即得光催化膜。
在太陽光照射下，約一天后甲基橙明顯褪色。
權(quán)利要求
1.一種光催化膜，其特征是由網(wǎng)狀載體，附著在網(wǎng)狀載體上的油漆層，附著在油漆層上的硅烷偶聯(lián)劑涂層和附著在硅烷偶聯(lián)劑涂層上的納米TiO2膜組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光催化膜，其特征是油漆為聚氨酯或聚酯類油漆。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光催化膜，其特征是網(wǎng)狀載體為塑料網(wǎng)或金屬網(wǎng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光催化膜，其特征是納米TiO2膜中的納米TiO2的晶型為銳鈦相或銳鈦相與金紅石相的混晶，其顆粒粒徑為5-80nm。
5.權(quán)利要求1所述光催化膜的制備方法，其特征是在網(wǎng)狀載體上涂附油漆；在油漆干之前，在其上涂附硅烷偶聯(lián)劑，在空氣中靜置至材料表面的硅烷偶聯(lián)劑固化；將納米TiO2分散于C1-C4的有機(jī)醇水溶液中形成1～25wt％的懸濁液或溶膠，將該懸濁液或溶膠涂附在硅烷偶聯(lián)劑上，烘干即得所需光催化膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征是有機(jī)醇水溶液的體積濃度在30％～90％。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的制備方法，其特征是有機(jī)醇為乙醇、丙醇或異丁醇。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光催化膜，由網(wǎng)狀載體，附著在網(wǎng)狀載體上的油漆層，附著在油漆層上的硅烷偶聯(lián)劑層和附著在硅烷偶聯(lián)劑涂層上的納米TiO
文檔編號C02F1/30GK1762580SQ20051001946
公開日2006年4月26日 申請日期2005年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月21日
發(fā)明者鐘家檉, 張悅, 朱天翔, 龔楚清, 羅其榮 申請人:武漢大學(xué)