本發(fā)明屬于光催化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高粘附高分散的二氧化鈦光催化薄膜的制備方法。

背景技術(shù)：

目前，二氧化鈦光催化劑因具有穩(wěn)定、無毒、價(jià)廉等優(yōu)點(diǎn)而引起了國內(nèi)外研究者的廣泛關(guān)注，在廢水處理、空氣凈化、抗菌除臭、自清潔等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。銳鈦礦相單晶二氧化鈦納米片由于高能活性面(001)比例較大得到了很大的關(guān)注。理論和實(shí)驗(yàn)研究表明相較于其他活性面，(001)面能夠更加有效地吸附反應(yīng)物分子，促進(jìn)催化反應(yīng)的進(jìn)行。

目前采用的光催化劑固定化技術(shù)很多，其中粉末沉積方法由于工藝簡單且制備的光催化劑活性較高而成為研究的熱點(diǎn)。粉末沉積方法主要采用已有的粉末二氧化鈦制成水或醇的涂覆液，載體經(jīng)浸涂或噴涂后干化，然后經(jīng)過高溫焙燒增加二氧化鈦與載體之間的結(jié)合強(qiáng)度，形成粉末二氧化鈦沉積的薄膜光催化劑，該固定方法的優(yōu)點(diǎn)在于保持了原有粉末催化劑的高活性，但是牢固性很差。就算進(jìn)行酸洗、堿洗或者粘附劑粘附，其薄膜也不能滿足目前實(shí)際應(yīng)用的需要，經(jīng)能在水流沖擊下短時(shí)間內(nèi)維持穩(wěn)定，一旦輕輕擦拭即可脫落。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種高粘附高分散的二氧化鈦光催化薄膜的制備方法，二氧化鈦光催化薄膜具有良好的牢固性，滿足水流沖擊的要求，同時(shí)二氧化鈦具有良好的裸露效果，具備良好的分散性。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種高粘附高分散的二氧化鈦光催化薄膜的制備方法，其步驟如下：

步驟1，將玻璃基材在堿水中浸泡10-15min，然后采用去離子水超聲清洗，采用無水乙醇浸泡烘干，得到粗糙化的玻璃片；

步驟2，將有機(jī)硅樹脂加入有機(jī)溶劑中，配置成樹脂浸泡液；

步驟3，將玻璃片放入樹脂浸泡液中，然后密封加熱10-15min，然后取出烘干，得到樹脂玻璃片；

步驟4，將鈦酸正丁酯加入至無水乙醇中，然后攪拌加入聚乙烯吡咯烷酮直至完全溶解；然后密封加熱反應(yīng)1-3h，回流反應(yīng)1-2h，自然冷卻后，減壓蒸餾得到聚乙烯吡咯烷酮包裹的二氧化鈦溶膠；

步驟5，將樹脂玻璃片采用浸漬提拉方式浸泡至二氧化鈦溶膠內(nèi)，取出加熱固化，反復(fù)10-15次，得到多層負(fù)載玻璃片；

步驟6，將多層負(fù)載玻璃片加入反應(yīng)釜中進(jìn)行梯度加壓的加熱密封反應(yīng)10-15h，然后放入馬弗爐中進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)反應(yīng)，得到二氧化鈦光催化薄膜。

步驟1中的堿水采用濃度為0.01-0.1mol/l的氫氧化鈉溶液，所述超聲頻率為1-3khz，烘干溫度為60-70℃；該步驟采用堿水作為微腐蝕劑，能夠在玻璃基材表面形成腐蝕，起到表面粗糙化的效果；采用去離子水超聲處理能夠利用超聲的震動(dòng)與離合能，保證水沖擊表面粗糙面，起到完全清洗的效果，以無水乙醇作為最后的浸泡液，不僅利用乙醇在60-70℃下的快速揮發(fā)無殘留的特性，而且利用去離子水與無水乙醇的混溶，去除粗糙面的水份殘留。

步驟2中的有機(jī)硅采用環(huán)氧改性有機(jī)硅樹脂，有機(jī)溶劑采用乙酸乙酯，所述樹脂浸泡液中的環(huán)氧改性有機(jī)硅樹脂的質(zhì)量濃度為5-15%；有機(jī)硅采用甲基有機(jī)硅樹脂，有機(jī)溶劑采用乙醇，所述樹脂浸泡液中的甲基有機(jī)硅樹脂的質(zhì)量濃度為3-12%。該步驟根據(jù)有機(jī)硅樹脂與有機(jī)溶劑的選擇，配置不同濃度的樹脂浸泡液，不僅保證樹脂的粘性得到稀釋，保證其在玻璃片上形成薄膜結(jié)構(gòu)，而且溶劑采用成膜性佳的液體，形成連續(xù)性膜層結(jié)構(gòu)。

步驟3中的密封加熱反應(yīng)的溫度為65-70℃，烘干溫度為70-80℃；該步驟采用密封加熱反應(yīng)的方式能夠保證樹脂浸泡液處于微沸狀態(tài)，能夠?qū)⒉Ａ拇植诒砻嫱耆佑|，形成完整的樹脂膜層。

步驟4中的鈦酸正丁酯、無水乙醇和聚乙烯吡咯烷酮的質(zhì)量比為10:75:16，所述攪拌速度為2500-5000r/min，所述密封加熱反應(yīng)60-70℃，所述回流溫度為65-75℃，所述減壓蒸餾溫度為70-75℃，壓力為大氣壓的0.6-0.8；該步驟通過鈦酸正丁酯在無水乙醇中的溶解形成二氧化鈦的前驅(qū)液，在加熱反應(yīng)和回流反應(yīng)過程中，鈦酸正丁酯在乙醇微沸條件下轉(zhuǎn)化為二氧化鈦，同時(shí)打開乙醇分子對(duì)二氧化鈦的包裹，便于聚乙烯吡咯烷酮的包裹。

步驟5中的浸漬速度為600mm/min，所述提拉速度為400mm/min，所述停頓時(shí)間為5-10s。

步驟6中的加熱反應(yīng)溫度為150-200℃，所述梯度程序?yàn)?.2-1.5mpa持續(xù)1-2h，1.8-2.1mpa持續(xù)2-4h，2.5-2.7mpa持續(xù)1-3h，3.0mpa持續(xù)至結(jié)束；所述高溫?zé)Y(jié)溫度為350-400℃，燒結(jié)時(shí)間為6-9h；該步驟通過加熱的方式將樹脂軟化，同時(shí)升壓的方式加壓滲透，將聚乙烯吡咯烷酮包裹的二氧化鈦分子壓入樹脂中，形成壓力滲透型薄膜結(jié)構(gòu)；在150-200℃條件下，樹脂與聚乙烯吡咯烷酮形成預(yù)氧化，并在最后的高溫?zé)Y(jié)中完全轉(zhuǎn)化為氣體，從而將樹脂內(nèi)硅粒子與二氧化鈦和玻璃表面硅粒子形成架鍵，不僅能夠起到良好的粘結(jié)效果，同時(shí)也保證二氧化鈦裸露效果，保證了其光催化性能。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

（1）本發(fā)明的二氧化鈦光催化薄膜具有良好的牢固性，滿足水流沖擊的要求，同時(shí)二氧化鈦具有良好的裸露效果，具備良好的分散性。

（2）本發(fā)明的制備過程中，鈦酸正丁酯在聚乙烯吡咯烷酮條件下能顧回流形成聚乙烯吡咯烷酮包裹的二氧化鈦，具有良好的粒徑效果，同時(shí)具有良好的分散性。

（3）本發(fā)明制備的二氧化鈦光催化薄膜具有良好的耐化學(xué)性能，制備方法簡單，適合大型化生產(chǎn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的光催化劑的掃描電鏡圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述：

實(shí)施例1

一種高粘附高分散的二氧化鈦光催化薄膜的制備方法，其步驟如下：

步驟1，將玻璃基材在堿水中浸泡10min，然后采用去離子水超聲清洗，采用無水乙醇浸泡烘干，得到粗糙化的玻璃片；

步驟2，將有機(jī)硅樹脂加入有機(jī)溶劑中，配置成樹脂浸泡液；

步驟3，將玻璃片放入樹脂浸泡液中，然后密封加熱10min，然后取出烘干，得到樹脂玻璃片；

步驟4，將鈦酸正丁酯加入至無水乙醇中，然后攪拌加入聚乙烯吡咯烷酮直至完全溶解；然后密封加熱反應(yīng)1h，回流反應(yīng)1h，自然冷卻后，減壓蒸餾得到聚乙烯吡咯烷酮包裹的二氧化鈦溶膠；

步驟5，將樹脂玻璃片采用浸漬提拉方式浸泡至二氧化鈦溶膠內(nèi)，取出加熱固化，反復(fù)10次，得到多層負(fù)載玻璃片；

步驟6，將多層負(fù)載玻璃片加入反應(yīng)釜中進(jìn)行梯度加壓的加熱密封反應(yīng)10h，然后放入馬弗爐中進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)反應(yīng)，得到二氧化鈦光催化薄膜。

步驟1中的堿水采用濃度為0.01mol/l的氫氧化鈉溶液，所述超聲頻率為1khz，烘干溫度為60℃。

步驟2中的有機(jī)硅采用環(huán)氧改性有機(jī)硅樹脂，有機(jī)溶劑采用乙酸乙酯，所述樹脂浸泡液中的環(huán)氧改性有機(jī)硅樹脂的質(zhì)量濃度為5%。

步驟3中的密封加熱反應(yīng)的溫度為65℃，烘干溫度為70℃。

步驟4中的鈦酸正丁酯、無水乙醇和聚乙烯吡咯烷酮的質(zhì)量比為10:75:16，所述攪拌速度為2500r/min，所述密封加熱反應(yīng)60℃，所述回流溫度為65℃，所述減壓蒸餾溫度為70℃，壓力為大氣壓的0.6。

步驟5中的浸漬速度為600mm/min，所述提拉速度為400mm/min，所述停頓時(shí)間為5s。

步驟6中的加熱反應(yīng)溫度為150℃，所述梯度程序?yàn)?.2mpa持續(xù)1h，1.8持續(xù)2h，2.5mpa持續(xù)1h，3.0mpa持續(xù)至結(jié)束；所述高溫?zé)Y(jié)溫度為350℃，燒結(jié)時(shí)間為6h。

制備的二氧化鈦光催化薄膜的掃描電鏡圖如圖1所示，排列緊密，粒徑分布均勻，基本沒有團(tuán)聚問題。

實(shí)施例2

一種高粘附高分散的二氧化鈦光催化薄膜的制備方法，其步驟如下：

步驟1，將玻璃基材在堿水中浸泡15min，然后采用去離子水超聲清洗，采用無水乙醇浸泡烘干，得到粗糙化的玻璃片；

步驟2，將有機(jī)硅樹脂加入有機(jī)溶劑中，配置成樹脂浸泡液；

步驟3，將玻璃片放入樹脂浸泡液中，然后密封加熱15min，然后取出烘干，得到樹脂玻璃片；

步驟4，將鈦酸正丁酯加入至無水乙醇中，然后攪拌加入聚乙烯吡咯烷酮直至完全溶解；然后密封加熱反應(yīng)3h，回流反應(yīng)2h，自然冷卻后，減壓蒸餾得到聚乙烯吡咯烷酮包裹的二氧化鈦溶膠；

步驟5，將樹脂玻璃片采用浸漬提拉方式浸泡至二氧化鈦溶膠內(nèi)，取出加熱固化，反復(fù)15次，得到多層負(fù)載玻璃片；

步驟6，將多層負(fù)載玻璃片加入反應(yīng)釜中進(jìn)行梯度加壓的加熱密封反應(yīng)15h，然后放入馬弗爐中進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)反應(yīng)，得到二氧化鈦光催化薄膜。

步驟1中的堿水采用濃度為0.1mol/l的氫氧化鈉溶液，所述超聲頻率為3khz，烘干溫度為70℃。

步驟2中的有機(jī)硅采用甲基有機(jī)硅樹脂，有機(jī)溶劑采用乙醇，所述樹脂浸泡液中的甲基有機(jī)硅樹脂的質(zhì)量濃度為12%。

步驟3中的密封加熱反應(yīng)的溫度為70℃，烘干溫度為80℃。

步驟4中的鈦酸正丁酯、無水乙醇和聚乙烯吡咯烷酮的質(zhì)量比為10:75:16，所述攪拌速度為5000r/min，所述密封加熱反應(yīng)70℃，所述回流溫度為65-75℃，所述減壓蒸餾溫度為75℃，壓力為大氣壓的0.8。

步驟5中的浸漬速度為600mm/min，所述提拉速度為400mm/min，所述停頓時(shí)間為10s。

步驟6中的加熱反應(yīng)溫度為200℃，所述梯度程序?yàn)?.5mpa持續(xù)2h，2.1mpa持續(xù)4h，2.7mpa持續(xù)3h，3.0mpa持續(xù)至結(jié)束；所述高溫?zé)Y(jié)溫度為400℃，燒結(jié)時(shí)間為9h。

實(shí)施例3

一種高粘附高分散的二氧化鈦光催化薄膜的制備方法，其步驟如下：

步驟1，將玻璃基材在堿水中浸泡11min，然后采用去離子水超聲清洗，采用無水乙醇浸泡烘干，得到粗糙化的玻璃片；

步驟2，將有機(jī)硅樹脂加入有機(jī)溶劑中，配置成樹脂浸泡液；

步驟3，將玻璃片放入樹脂浸泡液中，然后密封加熱11min，然后取出烘干，得到樹脂玻璃片；

步驟4，將鈦酸正丁酯加入至無水乙醇中，然后攪拌加入聚乙烯吡咯烷酮直至完全溶解；然后密封加熱反應(yīng)2h，回流反應(yīng)1h，自然冷卻后，減壓蒸餾得到聚乙烯吡咯烷酮包裹的二氧化鈦溶膠；

步驟5，將樹脂玻璃片采用浸漬提拉方式浸泡至二氧化鈦溶膠內(nèi)，取出加熱固化，反復(fù)12次，得到多層負(fù)載玻璃片；

步驟6，將多層負(fù)載玻璃片加入反應(yīng)釜中進(jìn)行梯度加壓的加熱密封反應(yīng)10-15h，然后放入馬弗爐中進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)反應(yīng)，得到二氧化鈦光催化薄膜。

步驟1中的堿水采用濃度為0.05mol/l的氫氧化鈉溶液，所述超聲頻率為2khz，烘干溫度為68℃。

步驟2中的有機(jī)硅采用甲基有機(jī)硅樹脂，有機(jī)溶劑采用乙醇，所述樹脂浸泡液中的甲基有機(jī)硅樹脂的質(zhì)量濃度為3%。

步驟3中的密封加熱反應(yīng)的溫度為68℃，烘干溫度為78℃。

步驟4中的鈦酸正丁酯、無水乙醇和聚乙烯吡咯烷酮的質(zhì)量比為10:75:16，所述攪拌速度為3500r/min，所述密封加熱反應(yīng)67℃，所述回流溫度為70℃，所述減壓蒸餾溫度為73℃，壓力為大氣壓的0.7。

步驟5中的浸漬速度為600mm/min，所述提拉速度為400mm/min，所述停頓時(shí)間為7s。

步驟6中的加熱反應(yīng)溫度為180℃，所述梯度程序?yàn)?.3mpa持續(xù)2h，1.9mpa持續(xù)4h，2.7mpa持續(xù)3h，3.0mpa持續(xù)至結(jié)束；所述高溫?zé)Y(jié)溫度為380℃，燒結(jié)時(shí)間為7h。

實(shí)施例4

一種高粘附高分散的二氧化鈦光催化薄膜的制備方法，其步驟如下：

步驟1，將玻璃基材在堿水中浸泡13min，然后采用去離子水超聲清洗，采用無水乙醇浸泡烘干，得到粗糙化的玻璃片；

步驟2，將有機(jī)硅樹脂加入有機(jī)溶劑中，配置成樹脂浸泡液；

步驟3，將玻璃片放入樹脂浸泡液中，然后密封加熱13min，然后取出烘干，得到樹脂玻璃片；

步驟4，將鈦酸正丁酯加入至無水乙醇中，然后攪拌加入聚乙烯吡咯烷酮直至完全溶解；然后密封加熱反應(yīng)2h，回流反應(yīng)2h，自然冷卻后，減壓蒸餾得到聚乙烯吡咯烷酮包裹的二氧化鈦溶膠；

步驟5，將樹脂玻璃片采用浸漬提拉方式浸泡至二氧化鈦溶膠內(nèi)，取出加熱固化，反復(fù)12次，得到多層負(fù)載玻璃片；

步驟6，將多層負(fù)載玻璃片加入反應(yīng)釜中進(jìn)行梯度加壓的加熱密封反應(yīng)14h，然后放入馬弗爐中進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)反應(yīng)，得到二氧化鈦光催化薄膜。

步驟1中的堿水采用濃度為0.05mol/l的氫氧化鈉溶液，所述超聲頻率為2khz，烘干溫度為64℃。

步驟2中的有機(jī)硅采用環(huán)氧改性有機(jī)硅樹脂，有機(jī)溶劑采用乙酸乙酯，所述樹脂浸泡液中的環(huán)氧改性有機(jī)硅樹脂的質(zhì)量濃度為15%。

步驟3中的密封加熱反應(yīng)的溫度為68℃，烘干溫度為75℃。

步驟4中的鈦酸正丁酯、無水乙醇和聚乙烯吡咯烷酮的質(zhì)量比為10:75:16，所述攪拌速度為3500r/min，所述密封加熱反應(yīng)65℃，所述回流溫度為68℃，所述減壓蒸餾溫度為72℃，壓力為大氣壓的0.7。

步驟5中的浸漬速度為600mm/min，所述提拉速度為400mm/min，所述停頓時(shí)間為7s。

步驟6中的加熱反應(yīng)溫度為180℃，所述梯度程序?yàn)?.3mpa持續(xù)1h，1.9mpa持續(xù)3h，2.6mpa持續(xù)2h，3.0mpa持續(xù)至結(jié)束；所述高溫?zé)Y(jié)溫度為370℃，燒結(jié)時(shí)間為7h。

實(shí)施例5

一種高粘附高分散的二氧化鈦光催化薄膜的制備方法，其步驟如下：

步驟1，將玻璃基材在堿水中浸泡14min，然后采用去離子水超聲清洗，采用無水乙醇浸泡烘干，得到粗糙化的玻璃片；

步驟2，將有機(jī)硅樹脂加入有機(jī)溶劑中，配置成樹脂浸泡液；

步驟3，將玻璃片放入樹脂浸泡液中，然后密封加熱14min，然后取出烘干，得到樹脂玻璃片；

步驟4，將鈦酸正丁酯加入至無水乙醇中，然后攪拌加入聚乙烯吡咯烷酮直至完全溶解；然后密封加熱反應(yīng)2h，回流反應(yīng)2h，自然冷卻后，減壓蒸餾得到聚乙烯吡咯烷酮包裹的二氧化鈦溶膠；

步驟5，將樹脂玻璃片采用浸漬提拉方式浸泡至二氧化鈦溶膠內(nèi)，取出加熱固化，反復(fù)14次，得到多層負(fù)載玻璃片；

步驟6，將多層負(fù)載玻璃片加入反應(yīng)釜中進(jìn)行梯度加壓的加熱密封反應(yīng)12h，然后放入馬弗爐中進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)反應(yīng)，得到二氧化鈦光催化薄膜。

步驟1中的堿水采用濃度為0.08mol/l的氫氧化鈉溶液，所述超聲頻率為2khz，烘干溫度為65℃。

步驟2中的有機(jī)硅采用環(huán)氧改性有機(jī)硅樹脂，有機(jī)溶劑采用乙酸乙酯，所述樹脂浸泡液中的環(huán)氧改性有機(jī)硅樹脂的質(zhì)量濃度為8%。

步驟3中的密封加熱反應(yīng)的溫度為68℃，烘干溫度為78℃。

步驟4中的鈦酸正丁酯、無水乙醇和聚乙烯吡咯烷酮的質(zhì)量比為10:75:16，所述攪拌速度為4500r/min，所述密封加熱反應(yīng)68℃，所述回流溫度為72℃，所述減壓蒸餾溫度為74℃，壓力為大氣壓的0.7。

步驟5中的浸漬速度為600mm/min，所述提拉速度為400mm/min，所述停頓時(shí)間為8s。

步驟6中的加熱反應(yīng)溫度為165℃，所述梯度程序?yàn)?.4mpa持續(xù)2h，2.0mpa持續(xù)3h，2.6mpa持續(xù)2h，3.0mpa持續(xù)至結(jié)束；所述高溫?zé)Y(jié)溫度為380℃，燒結(jié)時(shí)間為8h。

實(shí)施例6

一種高粘附高分散的二氧化鈦光催化薄膜的制備方法，其步驟如下：

步驟1，將玻璃基材在堿水中浸泡13min，然后采用去離子水超聲清洗，采用無水乙醇浸泡烘干，得到粗糙化的玻璃片；

步驟2，將有機(jī)硅樹脂加入有機(jī)溶劑中，配置成樹脂浸泡液；

步驟3，將玻璃片放入樹脂浸泡液中，然后密封加熱13min，然后取出烘干，得到樹脂玻璃片；

步驟4，將鈦酸正丁酯加入至無水乙醇中，然后攪拌加入聚乙烯吡咯烷酮直至完全溶解；然后密封加熱反應(yīng)2h，回流反應(yīng)2h，自然冷卻后，減壓蒸餾得到聚乙烯吡咯烷酮包裹的二氧化鈦溶膠；

步驟5，將樹脂玻璃片采用浸漬提拉方式浸泡至二氧化鈦溶膠內(nèi)，取出加熱固化，反復(fù)13次，得到多層負(fù)載玻璃片；

步驟6，將多層負(fù)載玻璃片加入反應(yīng)釜中進(jìn)行梯度加壓的加熱密封反應(yīng)10-15h，然后放入馬弗爐中進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)反應(yīng)，得到二氧化鈦光催化薄膜。

步驟1中的堿水采用濃度為0.03mol/l的氫氧化鈉溶液，所述超聲頻率為1-3khz，烘干溫度為68℃。

步驟2中的有機(jī)硅采用甲基有機(jī)硅樹脂，有機(jī)溶劑采用乙醇，所述樹脂浸泡液中的甲基有機(jī)硅樹脂的質(zhì)量濃度為8%。

步驟3中的密封加熱反應(yīng)的溫度為68℃，烘干溫度為75℃。

步驟4中的鈦酸正丁酯、無水乙醇和聚乙烯吡咯烷酮的質(zhì)量比為10:75:16，所述攪拌速度為4200r/min，所述密封加熱反應(yīng)68℃，所述回流溫度為71℃，所述減壓蒸餾溫度為73℃，壓力為大氣壓的0.7。

步驟5中的浸漬速度為600mm/min，所述提拉速度為400mm/min，所述停頓時(shí)間為5-10s。

步驟6中的加熱反應(yīng)溫度為170℃，所述梯度程序?yàn)?.4mpa持續(xù)1h，1.8mpa持續(xù)2h，2.6mpa持續(xù)1h，3.0mpa持續(xù)至結(jié)束；所述高溫?zé)Y(jié)溫度為390℃，燒結(jié)時(shí)間為8h。

實(shí)施例7

以甲基橙為模型污染物，365納米的紫外燈為光源，測(cè)得的120分鐘后實(shí)施例1制備的光催化薄膜對(duì)甲基橙的降解率為98.1％。

對(duì)比例采用的德國進(jìn)口p25材料，其對(duì)甲基橙的降解率為78.6％。

該對(duì)比實(shí)驗(yàn)體現(xiàn)出本發(fā)明具有良好的光催化性能。

以上所述僅為本發(fā)明的一實(shí)施例，并不限制本發(fā)明，凡采用等同替換或等效變換的方式所獲得的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。