一种多孔基光催化降解网的原位制备方法与流程

1.本发明涉及光催化技术领域，具体涉及一种多孔基光催化降解网的原位制备方法。


背景技术：

2.目前，市面上绝大部分空气净化器使用的净化网主要是三类，分别是hepa滤网、活性炭滤网和高压静电滤网，这三类净化滤网的净化原理均是物理式，不存在化学降解的作用，因此，净化效果其实是治标不治本，没有从根本上解决空气中污染物的问题，这一点在车载空气净化器、工业vocs治理设备同样突出。
3.以纳米tio2为代表的光催化技术被广泛用于空气净化中，但集成到空气净化器中，就必须将纳米tio2功能粒子牢固附着在多孔基的滤网上，当前，也有一些技术应用在这一领域，比如阳极氧化技术（如专利zl201711014417.3、zl201110024275.5）、纳米tio2功能粒子后处理技术（如专利zl201410849857.0、zl201210593935.6）等等，这些技术在一定程度上解决了之前净化过滤网无化学降解作用的问题，但也普遍存在一些问题，如阳极氧化技术降解效率低、制备工艺繁琐等，纳米tio2功能粒子后处理技术更是没有解决好涂层牢固性的问题。
4.因此，制备功能层牢固且效率高的降解滤网一直是该项技术应用的难点和热点，本专利旨在解决这个问题。


技术实现要素：

5.为了克服现有技术存在的缺点和不足，本发明提供了一种多孔基光催化降解网的原位制备方法。
6.本发明的目的通过下述方案来实现：
7.一种多孔基光催化降解网的原位制备方法，包括如下步骤：
8.步骤一、制备多孔网基材镀钛层：
9.取有多孔网结构的材料作为基材，酸洗，再超声清洗干净，晾干；而后在多孔网基材表面均匀镀上一层钛层；
10.步骤二、镀层变为原位制备的原料硫酸氧钛层：
11.将金属钛层氧化成二氧化钛，即多孔网基材上镀层变成为二氧化钛层，这个过程涉及的反应方程式为ti+o2→
tio2(密实)；然后把多孔网基材浸泡在浓硫酸中，密实的二氧化钛层就变为了疏松多孔的硫酸氧钛层，这个过程涉及的反应方程式为tio2+ 浓h2so4→
tioso4(多孔)+h2o；
12.步骤三、原位制备多孔状纳米二氧化钛层：
13.将上述得到多孔硫酸氧钛层的多孔网基材浸泡在碱液中，这个过程涉及的反应方程式为tioso4+2moh+ h2o
→
ti(oh)4(多孔)+m2so4，一段时间后，取出清洗干净，干燥，在高温炉中煅烧，这个过程涉及的反应方程式为ti(oh)4→
tio2(多孔)+2h2o，最后，在多孔网基材
表面获得一定厚度的多孔状的纳米二氧化钛层。
14.总之，本发明采用化学反应合成纳米二氧化钛的技术路线，应用在多孔基材上原位制备纳米二氧化钛降解网，不但解决了现有后处理涂层技术结合力不够的问题，同时通过多孔基材和多孔纳米二氧化钛层的双层多孔结构极大增加降解效率。
15.优选地，步骤一中所述的多孔网结构材料可以为铝蜂窝网、不锈钢网、镍网、pvc网和陶瓷网，材质可为金属材料、无机非金属材料和高分子材料的中任一种。
16.优选地，步骤一中所述的多孔网基材镀钛层的技术手段为电镀、离子溅射和喷涂中的一种或多种组合。
17.优选地，步骤一中所述多孔网基材上的钛层厚度为0.1-1.0
µ
m。
18.优选地，步骤二中所述将金属钛氧化成二氧化钛采取火焰燃烧法或其它氧化方法，
19.优选地，步骤二中所述浸泡在浓硫酸时伴有超声波，超声波频率为50-100khz，时间为0.5-2h。
20.优选地，步骤三中所述浸泡的碱液为氨水、氢氧化钠和氢氧化钙，浸泡浓度为0.1-1.0mol/l，浸泡时间为0.5-1.0h。
21.优选地，步骤三中所述浸泡碱液过程也伴随超声波，超声波频率为50-100 khz。
22.优选地，步骤三中所述干燥为自然晾干和烘箱烘干的一种或两种组合。
23.优选地，步骤三中所述高温电炉煅烧温度为200-500℃，煅烧时间为1-4h。
24.优选地，步骤三中所述获得的纳米二氧化层厚度为10-1000nm。
25.纳米二氧化钛厚度与镀钛层厚度、钛层氧化深度、浓硫酸浸泡时间、碱液浸泡时间、煅烧温度、煅烧时间都有关，是一个多因素影响。
26.相对于现有技术，本发明具有如下优点和有益的效果：
27.（1）本方法以多孔基材上的硫酸氧钛为钛源，实现原位制备纳米二氧化钛，加上后续高温煅烧，可以确保纳米二氧化钛功能层能牢固与多孔基材结合，避免了后期脱落的风险。
28.（2）本方法不但基材是多孔形貌，而且通过原位制备的纳米二氧化钛功能层也是多孔状的，加大了对污染物的捕捉，提高了净化网的降解效率。
29.（3）本方法适用性广，可应用于多种材质的多孔基材料，应用前景大。
附图说明
30.图1是多孔基光催化降解网制备流程图，其中1为多孔基材，2为多孔基材表面镀钛层，3为表面密实钛层处理成疏松多孔的硫酸氧钛层，4为硫酸氧钛层处理成疏松多孔的纳米二氧化钛层。
31.图2铝基光催化降解网实物图。
32.图3镍基光催化降解网实物图。
33.图4不锈钢基光催化降解网实物图。
34.图5铝基光催化降解网降解甲醛的效率图。
35.图6铝基光催化降解网水冲时间与降解率的关系图。
具体实施方式
36.下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但发明的实施方式不限于此。
37.实施例1
38.本实施例中，旨在更加了解本发明制备多孔基光催化降解网的流程和关键因素。参照图1，为多孔基光催化降解网制备流程图。
39.首先，选择合适的多孔基材1，酸洗，超声清洗干净基材表面污渍，确保后续镀层牢固稳定，自然晾干，采用一定技术手段在多孔基材上牢固镀上密实的金属钛层2。
40.接着，将镀钛层氧化成二氧化钛层，即多孔网基材上镀层变成为二氧化钛层，这个过程涉及的反应方程式为ti+o2→
tio2(密实)；此时，也是密实的二氧化钛层，再浸泡在浓硫酸中并伴有超声波震荡，浸泡一段时间后，取出清洗干净并晾干，此时，密实二氧化钛层被处理成疏松多孔的硫酸氧钛层3，这个过程涉及的反应方程式为tio2+ 浓h2so4→
tioso4(多孔)+h2o。
41.然后再次浸泡在一定浓度的碱液溶液中并伴有超声波震荡，一段时间后，取出清洗干净，干燥，此时硫酸氧钛层被处理成疏松多孔的氢氧化钛层，这个过程涉及的反应方程式为tioso4+2moh+ h2o
→
ti(oh)4(多孔)+m2so4。
42.最后，在高温电炉中特定温度下煅烧一段时间，得到多孔基材上大量疏松多孔的纳米二氧化钛层4，这个过程涉及的反应方程式为ti(oh)4→
tio2(多孔)+2h2o。
43.实施例2
44.在本实施例中，参照图2，为制备的铝基光催化降解网实物图。
45.取铝蜂窝网为基材，酸洗，超声清洗干净，自然晾干，然后电镀一层厚度为0.2
µ
m的金属钛层；
46.接着采用火焰燃烧法将钛层氧化成二氧化钛层，再浸泡在浓硫酸溶液中，浸泡时间为1h，并伴随工作频率为50khz的超声波，用去离子水清洗干净，晾干，接着再次浸泡在浓度为0.1mol/l的氨水溶液中1h，并同样伴有工作频率为50khz的超声波，取出，60℃真空烘箱干燥，最后，在500℃马弗炉中高温煅烧2h获得带有纳米二氧化层的多孔基光催化降解网。
47.实施例3
48.在本实施例中，参照图3，为制备的镍基光催化降解网实物图。
49.取镍网为基材，酸洗，超声清洗干净，自然晾干，然后离子溅射一层厚度为0.1
µ
m的金属钛层，接着采用火焰燃烧法将钛层氧化成二氧化钛层，再浸泡在浓硫酸溶液中，浸泡时间为0.5h，并伴随工作频率为60khz的超声波，用去离子水清洗干净，晾干，接着再次浸泡在浓度为0.5mol/l的氢氧化钠水溶液中0.5h，并同样伴有工作频率为60khz的超声波，取出60℃真空烘箱干燥，最后在400℃马弗炉中高温煅烧4h获得多孔基光催化降解网。
50.实施例4
51.在本实施例中，参照图3，为制备的不锈钢基光催化降解网实物图。
52.取不锈钢网为基材，酸洗，超声清洗干净，自然晾干，然后高压喷射一层厚度为1
µ
m的金属钛层，接着采用火焰燃烧法将钛层氧化成二氧化钛层，再浸泡在浓硫酸溶液中，浸泡时间为2.0h，并伴随工作频率为100khz的超声波，用去离子水清洗干净，晾干，接着再次浸泡在浓度为1.0mol/l的氨水溶液中1.0h，并同样伴有工作频率为100khz的超声波，取出80
℃真空烘箱干燥，最后在200℃马弗炉中高温煅烧3h获得多孔基光催化降解网。
53.实施例5
54.将实施例2制备的多孔的纳米二氧化钛层的铝基降解网（φ80*5mm，4片）放在一封闭的玻璃箱内，玻璃箱内置365nm波长紫外灯、甲醛传感器和二氧化碳传感器，注射一定量的甲醛气体，开启紫外灯，并开始计时，每隔10分钟记一次甲醛浓度和二氧化碳浓度读数。共测试180分钟，该铝蜂窝基降解网的分解甲醛情况如图5所示，由图中浓度变化情况可知，甲醛被降解网分解了，甲醛浓度越来越低，与此同时，甲醛被分解的产物二氧化碳越来越多，因此，二氧化碳浓度越来越高，实验数据很好的证实了这一过程。
55.实施例6
56.将实施例2制备的多孔的纳米二氧化钛层的铝基降解网（φ80*5mm，4片），拿来测试纳米二氧化钛功能层的牢固性，测试采用水冲来模拟光催化降解网使用后清洗复活的过程，水冲后晾干，然后按照实施例5中的操作，测试时间也为180分钟，计算甲醛降解率，最后绘制水冲时间与降解甲醛效率的关系图，以此分析纳米二氧化钛功能层的牢固性。图6为光催化降解网水冲时间与降解率的关系图，由图可知，用水冲洗120分钟，甲醛降解率变化不大，说明实施例2制备的铝基光催化降解网具有优异的牢固性。
57.上述实施例为本发明的优选实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、代替、组合、简化均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种多孔基光催化降解网的原位制备方法，包括如下步骤：步骤一、制备多孔网基材镀钛层：取有多孔网结构的材料作为基材，酸洗，再超声清洗干净，晾干；而后在多孔网基材表面均匀镀上一层钛层；步骤二、镀层变为原位制备的原料硫酸氧钛层：将金属钛层氧化成二氧化钛，即多孔网基材上镀层变成为二氧化钛层，然后把多孔网基材浸泡在浓硫酸中，将密实的二氧化钛层反应成为疏松多孔的硫酸氧钛层；步骤三、原位制备多孔状纳米二氧化钛层：将上述得到多孔硫酸氧钛层的多孔网基材浸泡在碱液中，反应后，取出清洗干净，干燥，在高温炉中煅烧，最后在多孔网基材表面获得一层孔状纳米二氧化钛层。2.根据权利要求1所述的多孔基光催化降解网的原位制备方法，其特征在于，所述多孔网结构材料可以为铝蜂窝网、不锈钢网、镍网、pvc网和陶瓷网中任一种，材质可以为金属材料、无机非金属材料和高分子材料的中任一种。3.根据权利要求1或2所述的多孔基光催化降解网的原位制备方法，其特征在于，所述制备步骤一中在多孔网基材镀钛层的技术手段为电镀、离子溅射和喷涂中的一种或多种组合。4.根据权利要求3所述的多孔基光催化降解网的原位制备方法，其特征在于，所述多孔网基材上的钛层厚度为0.1-1.0
µ
m。5.根据权利要求3所述的多孔基光催化降解网的原位制备方法，其特征在于，所述制备步骤二中将金属钛氧化成二氧化钛采取火焰燃烧法或其它氧化方法。6.根据权利要求1所述的多孔基光催化降解网的原位制备方法，其特征在于，所述制备步骤二中浸泡在浓硫酸时伴有超声波，超声波工作频率为50-100khz，时间为0.5-2h。7.根据权利要求1所述的多孔基光催化降解网的原位制备方法，其特征在于，所述制备步骤三中浸泡的碱液为氨水、氢氧化钠或氢氧化钙中的一种或多种，浸泡浓度为0.1-1.0mol/l，浸泡时间为0.5-1.0h。8.根据权利要求1或7所述的多孔基光催化降解网的原位制备方法，其特征在于，所述制备步骤三中浸泡碱液过程中伴随超声波，超声波频率为50-100khz。9.根据权利要求1所述的多孔基光催化降解网的原位制备方法，其特征在于，所述制备步骤三中干燥为自然晾干或烘箱烘干的一种或两种组合。10.根据权利要求1所述的多孔基光催化降解网的原位制备方法，其特征在于，所述制备步骤三中高温炉煅烧温度为200-500℃，煅烧时间为1-4h。11.根据权利要求1所述的多孔基光催化降解网的原位制备方法，其特征在于，所述制备步骤三中获得的纳米二氧化层厚度为10-1000nm。

技术总结
本发明公开了一种多孔基光催化降解网的原位制备方法，本方法采用多孔网结构材质为基材，通过原位获得多孔状硫酸氧钛为钛源，又在原位液相合成纳米二氧化钛，这样就实现了多孔材质表面牢固结合一层多孔状的纳米二氧化钛，不但解决了其它方法制备的涂层不牢固问题，还通过多孔基材和多孔状纳米二氧化钛的双多孔结构，加大了降解网对污染物的捕捉，提高了降解网的降解效率；此外本发明对多孔基材的材质不受限，应用广泛，具有非常大的应用前景。具有非常大的应用前景。具有非常大的应用前景。


技术研发人员：吴世斌
受保护的技术使用者：广州渺钛新材料科技有限公司
技术研发日：2023.07.20
技术公布日：2023/10/15