專利名稱：納米非整比TiO的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采用溶膠-凝膠技術(shù)在玻璃表面上制備出納米非整比TiO2-SiO2自潔凈防霧玻璃膜的方法。屬于玻璃表面納米功能膜的制備技術(shù)。
背景技術(shù)：
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、人民生活水平的提高和基本建設(shè)投資規(guī)模的增大，汽車、城市的公共建筑物、高層樓宇、星級(jí)賓館和別墅等數(shù)量聚增，在這些設(shè)施中都要使用大量的玻璃。而這些玻璃在使用時(shí)通常會(huì)遇到污垢和霧化等問題，給人們的交通安全和正常的工作生活特別是建筑物的清洗帶來極大的不便。隨著玻璃向著生態(tài)化的方向發(fā)展，采用新型表面處理技術(shù)改性玻璃表面并賦予其自潔、防霧等功能成為當(dāng)今玻璃制造技術(shù)的發(fā)展方向之一。
自從1972年TiO2的光催化特性被日本科學(xué)家發(fā)現(xiàn)以來，以TiO2為代表的光催化材料得到廣泛的研究和開發(fā)，TiO2光催化材料對(duì)環(huán)境中各種污染物的明顯去除效果已引起世界的廣泛關(guān)注。TiO2光催化劑可以將生物法、化學(xué)法無法降解的污染物完全分解成水和二氧化碳，且不造成二次污染；同時(shí)它還具有殺菌、除臭等功能，對(duì)環(huán)境具有良好的凈化效果。湖北三峽新型建材股份有限公司依靠TiO2的特性成功地生產(chǎn)出具有獨(dú)立自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的TiO2自潔凈防霧玻璃，該玻璃的技術(shù)性能指標(biāo)為在1M HCl和1M NaOH中浸泡后耐酸、耐堿性均較好；透光率大于68％；耐磨性大于75r；降解率大于94％(降解丙酮)；潤(rùn)濕角小3°；殺菌率大于98％。
由于TiO2光催化劑帶隙較寬，只能被紫外線激發(fā)，并且光激發(fā)產(chǎn)生的電子和空穴的復(fù)合使得太陽(yáng)能的利用率和光量子效率很低。為了克服這些缺點(diǎn)，通常采用貴金屬修飾、金屬離子摻雜、半導(dǎo)體復(fù)合等手段進(jìn)行改性，取得了較好的效果。1997年，F(xiàn)ujishima研究小組發(fā)現(xiàn)，TiO2經(jīng)紫外線照射后會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的超親水性，同時(shí)具有較高的親油性，即雙親特性。近來人們又發(fā)現(xiàn)，向TiO2中添加SiO2會(huì)增加它在暗處超親水的穩(wěn)定性。因此，TiO2較強(qiáng)的光催化氧化性和超親水性為玻璃的自潔凈和防霧功能的改進(jìn)提供了可靠的技術(shù)依據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種納米非整比TiO2-SiO2自潔凈防霧玻璃膜的制備方法。該方法具有制備工藝簡(jiǎn)單，通過該方法制備的玻璃膜具有光催化活性高、強(qiáng)親水、可見光響應(yīng)強(qiáng)、化學(xué)穩(wěn)定性高、無毒、成本低、耐污染和易清洗等特點(diǎn)。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案加以實(shí)現(xiàn)的。以包括金屬鹽、鈦酸酯和硅酸酯為原料，經(jīng)過包括金屬鹽摻雜的鈦溶膠的制備、硅溶膠的制備、制膜溶膠的混合、玻璃的預(yù)處理、制膜溶膠的浸涂和膜的后處理制備出納米非整比TiO2-SiO2自潔凈防霧玻璃膜的工藝方法，所述的硅溶膠的制備是將硅酸酯、乙醇、水和酸混合，然后于35～75℃回流1～4h，其質(zhì)量比為硅酸酯/乙醇/水/酸＝1∶1～5∶1～4∶0.01～0.05；所述的制膜液的制備是將鈦溶膠和硅溶膠混合，按鈦/硅質(zhì)量比為0.5～25進(jìn)行；所述的玻璃的預(yù)處理是將玻璃用0.2～3mol/L的酸溶液浸泡2～5小時(shí)，然后用超聲清洗機(jī)振蕩20～30分鐘后再用乙醇和去離子水清洗干凈并干燥；所述的制膜溶膠的浸涂是將玻璃浸入溶膠中停留5～10分鐘后以5～10厘米/分鐘的速度提出。其特征在于金屬鹽摻雜的鈦溶膠的制備是將鈦酸酯溶于醇溶劑中，加入乙酰丙酮，然后在強(qiáng)烈攪拌下加入酸和去離子水的混合溶液，最后加入金屬鹽溶液，其質(zhì)量比為鈦酸酯/醇/水/酸/乙酰丙酮/金屬鹽＝1∶15～20∶1～5∶0.1～0.4∶0.3～0.8∶0.002～0.01；膜的后處理是將涂完膜的玻璃置于馬福爐中于350～450℃燒結(jié)1小時(shí)，然后在450～500℃燒結(jié)1～1.5小時(shí)，最后在500～600℃燒結(jié)1～1.5小時(shí)的熱處理得到晶粒為10～380nm的非整比TiO2-SiO2自潔凈防霧玻璃膜。
上述的金屬鹽為硫酸鐵、硝酸鐵和硝酸鉛，優(yōu)選硝酸鐵和硝酸鉛。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于通過金屬離子的摻雜在玻璃表面上制備出納米非整比TiO2-SiO2自潔凈防霧膜。該膜具有制備工藝簡(jiǎn)單、光催化活性高、強(qiáng)親水、可見光響應(yīng)強(qiáng)、化學(xué)穩(wěn)定性高、無毒、成本低、耐污染和易清洗等。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例一稱取鈦酸四甲酯100g溶解于1500g甲醇中后再加入40g的乙酰丙酮，于強(qiáng)烈攪拌下加入水200g和鹽酸30g，最后再加入硫酸鐵0.8g；稱取正硅酸甲酯50g，乙醇100g，水150g和鹽酸1g混合并于35℃回流2h；將硫酸鐵摻雜的鈦溶膠和硅溶膠混合均勻；將載玻片玻璃用1mol/L的硫酸溶液浸泡2小時(shí)，然后用超聲清洗機(jī)振蕩20分鐘后再用乙醇和去離子水清洗干凈并干燥；將玻璃浸入溶膠中停留5分鐘后以6厘米/分鐘的速度提出；將涂完膜的玻璃置于380℃馬福爐中燒結(jié)1小時(shí)，然后在460℃燒結(jié)1小時(shí)，最后在550℃燒結(jié)1.5小時(shí)后得到晶粒為56～90nm的非整比TiO2-SiO2自潔凈防霧玻璃膜。經(jīng)測(cè)試涂膜的玻璃耐酸性耐堿性較好(在1mol/L的鹽酸中浸泡24小時(shí)和在1mol/L的氫氧化鈉中浸泡24小時(shí)后無溶解現(xiàn)象)，透光率為68％，耐磨性為78r，在光催化反應(yīng)器內(nèi)降解97％的丙酮，潤(rùn)濕角為1°。
實(shí)施例二稱取鈦酸四乙酯50g溶解于750g乙醇中后再加入20g的乙酰丙酮，于強(qiáng)烈攪拌下加入水50g和硝酸5g，最后再加入硝酸鐵0.25g；稱取正硅酸乙酯50g，乙醇100g，水150g和硝酸1g混合并于40℃回流2h；將硝酸鐵摻雜的鈦溶膠和硅溶膠混合均勻；將載玻片玻璃用2mol/L的鹽酸溶液浸泡3小時(shí)，然后用超聲清洗機(jī)振蕩25分鐘后再用乙醇和去離子水清洗干凈并干燥；將玻璃浸入溶膠中停留10分鐘后以5厘米/分鐘的速度提出；將涂完膜的玻璃置于420℃馬福爐中燒結(jié)1小時(shí)，然后在490℃燒結(jié)1小時(shí)，最后在560℃燒結(jié)1.5小時(shí)后得到晶粒為130～190nm的非整比TiO2-SiO2自潔凈防霧玻璃膜。。經(jīng)測(cè)試涂膜的玻璃耐酸性耐堿性較好(在1mol/L的鹽酸中浸泡24小時(shí)和在1mol/L的氫氧化鈉中浸泡24小時(shí)后無溶解現(xiàn)象)，透光率為69％，耐磨性為79r，在光催化反應(yīng)器內(nèi)降解98％的丙酮，潤(rùn)濕角為1°。
實(shí)施例三稱取鈦酸四丙酯150g溶解于3000g丁醇中后再加入60g的乙酰丙酮，于強(qiáng)烈攪拌下加入水150g和磷酸30g，最后再加入硝酸鉛0.6g；稱取正硅酸乙酯450g，乙醇450g，水450g和磷酸22g混合并于50℃回流2h；將硝酸鉛摻雜的鈦溶膠和硅溶膠混合均勻；將載玻片玻璃用3mol/L的硝酸溶液浸泡4小時(shí)，然后用超聲清洗機(jī)振蕩30分鐘后再用乙醇和去離子水清洗干凈并干燥；將玻璃浸入溶膠中停留8分鐘后以6厘米/分鐘的速度提出；將涂完膜的玻璃置于400℃馬福爐中燒結(jié)1小時(shí)，然后在470℃燒結(jié)1小時(shí)，最后在580℃燒結(jié)1.5小時(shí)后得到晶粒為201～290nm的非整比TiO2-SiO2自潔凈防霧玻璃膜。經(jīng)測(cè)試膜的耐酸性耐堿性好(在1mol/L的鹽酸中浸泡24小時(shí)和在1mol/L的氫氧化鈉中浸泡24小時(shí)后無溶解現(xiàn)象)，透光率為68％，耐磨性為78r，在光催化反應(yīng)器內(nèi)降解98％的丙酮，潤(rùn)濕角為2°。
權(quán)利要求
1.一種納米非整比TiO2-SiO2自潔凈防霧玻璃膜的制備方法，該方法以包括金屬鹽、鈦酸酯和硅酸酯為原料，經(jīng)過包括金屬鹽摻雜的鈦溶膠的制備、硅溶膠的制備、制膜溶膠的混合、玻璃的預(yù)處理、制膜溶膠的浸涂和膜的后處理制備出納米非整比TiO2-SiO2自潔凈防霧玻璃膜的工藝方法，所述的硅溶膠的制備是將硅酸酯、乙醇、水和酸混合，然后于35～75℃回流1～4h，其質(zhì)量比為硅酸酯/乙醇/水/酸＝1∶1～5∶1～4∶0.01～0.05；所述的制膜液的制備是將鈦溶膠和硅溶膠混合，按鈦/硅質(zhì)量比為0.5～25進(jìn)行；所述的玻璃的預(yù)處理是將玻璃用0.2～3mol/L的酸溶液浸泡2～5小時(shí)，然后用超聲清洗機(jī)振蕩20～30分鐘后再用乙醇和去離子水清洗干凈并干燥；所述的制膜溶膠的浸涂是將玻璃浸入溶膠中停留5～10分鐘后以5～10厘米/分鐘的速度提出，其特征在于金屬鹽摻雜的鈦溶膠的制備是將鈦酸酯溶于醇溶劑中，加入乙酰丙酮，然后在強(qiáng)烈攪拌下加入酸和去離子水的混合溶液，最后加入金屬鹽溶液，其質(zhì)量比為鈦酸酯/醇/水/酸/乙酰丙酮/金屬鹽＝1∶15～20∶1～5∶0.1～0.4∶0.3～0.8∶0.002～0.01；膜的后處理是將涂完膜的玻璃置于馬福爐中于350～450℃燒結(jié)1小時(shí)，然后在450～500℃燒結(jié)1～1.5小時(shí)，最后在500～600℃燒結(jié)1～1.5小時(shí)的熱處理得到晶粒為10～380nm的非整比TiO2-SiO2自潔凈防霧玻璃膜。
2.按權(quán)利要求1所述的納米非整比TiO2-SiO2自潔凈防霧玻璃膜的制備方法，其特征在于金屬鹽是硫酸鐵、硝酸鐵和硝酸鉛，優(yōu)選硝酸鐵和硝酸鉛。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種納米非整比TiO
文檔編號(hào)C01B33/14GK1478746SQ03130378
公開日2004年3月3日 申請(qǐng)日期2003年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月9日
發(fā)明者張?jiān)Ｇ?申請(qǐng)人:天津大學(xué)