專(zhuān)利名稱(chēng)：一種納米TiO的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于納米膜材料及其制備技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種納米TiO2膜的超聲波霧化制備裝置及工藝。
背景技術(shù)：
1997年，日本科學(xué)家Fujishima等人發(fā)現(xiàn)了在紫外光誘導(dǎo)下TiO2表面產(chǎn)生超親水性能的現(xiàn)象后，立即引起了廣泛的關(guān)注，并對(duì)納米TiO2光催化機(jī)理進(jìn)行了廣泛的探索研究，納米TiO2在光催化氧化降解有機(jī)物取得了令人們滿(mǎn)意的進(jìn)展。近年來(lái)，光催化以其特有的簡(jiǎn)易性形成一個(gè)獨(dú)立的研究領(lǐng)域，尤其是納米TiO2光催化氧化法用于處理水中有機(jī)物，為今后有效的治理日益嚴(yán)重的水污染提供了新的途徑和方法。而用于光催化的納米TiO2膜的制備技術(shù)，近年來(lái)已經(jīng)有多種方法得到應(yīng)用，其中包括制備TiO2納米膜的溶膠-凝膠采用浸漬提拉法、溶液沉積法，涂膜法等。而基于超聲波霧化技術(shù)制備納米TiO2膜的方法未見(jiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種納米TiO2膜的超聲波霧化制備裝置及工藝，它拓寬了制備納米TiO2膜的方法，可有效控制生成納米膜的厚度和納米微粒大小，改善了生成的納米膜性能，屬于利用超聲波霧化方法制備納米TiO2膜的技術(shù)。
本發(fā)明的技術(shù)方案一種納米TiO2膜的超聲波霧化制備裝置，其特征在于它是由水槽，超聲波換能器，蒸餾水、高分子隔膜、連接氣泵的空氣載氣進(jìn)口、霧化室、硅橡膠導(dǎo)管、噴嘴、玻璃載片、加熱板所構(gòu)成，所說(shuō)的超聲波換能器置于水槽中，底部帶有高分子隔膜的霧化室側(cè)壁部有空氣載氣進(jìn)口，霧化室的下部置于水槽中，霧化室的頂部有硅橡膠導(dǎo)管，硅橡膠導(dǎo)管的出口有噴嘴，噴嘴的下部放置加熱板，噴嘴與加熱板間有玻璃載片。
一種納米TiO2膜的超聲波霧化制備工藝，其特征在于它是由以下步驟構(gòu)成①首先制備用于超聲霧化的反應(yīng)液體，即在霧化室內(nèi)裝有反應(yīng)液體，裝有反應(yīng)液體的霧化室置于裝有水的及超聲波換能器的水槽中；②玻璃載片的清洗，去其表面雜質(zhì)；③接通加熱板電源，預(yù)熱玻璃載片；④接通超聲波換能器的電源，開(kāi)動(dòng)連接空氣載氣進(jìn)口的氣泵，霧化室內(nèi)被霧化的反應(yīng)微滴被空氣帶入硅橡膠導(dǎo)管，且由噴嘴噴出；⑤制備TiO2納米微粒膜，須使噴嘴在玻璃載片上方反復(fù)平行移動(dòng)噴出被霧化的反應(yīng)微滴，使反應(yīng)微滴在被加熱的玻璃載片表面反應(yīng)；⑥鍍膜完成后，將玻璃載片放入高溫爐煅燒；⑦制得納米TiO2膜。
上述所說(shuō)的用于制備超聲霧化的反應(yīng)液體可以有含乙醇反應(yīng)液、含環(huán)己烷反應(yīng)液、含二甲苯反應(yīng)液及微乳液反應(yīng)液體；含乙醇反應(yīng)液的配方為稱(chēng)取正鈦酸丁酯及乙醇，配制濃度0.001-0.20W正鈦酸丁酯/W乙醇的溶液；含環(huán)己烷反應(yīng)液的配方為稱(chēng)取正鈦酸丁酯及環(huán)己烷，配制濃度0.001-0.20W正鈦酸丁酯/W環(huán)己烷的溶液；含二甲苯反應(yīng)液的配方為稱(chēng)取正鈦酸丁酯及二甲苯，配制濃度0.001-0.20W正鈦酸丁酯/W二甲苯的溶液；微乳液反應(yīng)液體的配方為稱(chēng)取辛基酚聚氧己烯醚、正丁醇、環(huán)己烷為A組分，其配比為5-16∶1-4∶94-80，取0.1-3摩爾/L四氯化鈦水溶液為B組分，A∶B為10-20∶1-2組成微乳液反應(yīng)液體。
上述所說(shuō)的玻璃載片的清洗包括堿液清洗法與酸液清洗法；所說(shuō)的堿液清洗法包括以下步驟首先配制NaOH∶NaCO3∶水為1∶1∶100-1000的溶液，將載玻片用該溶液浸泡1-10h，之后用蒸餾水清洗，再由異丙醇浸泡2～4h，用蒸餾水清洗，在100-120℃下烘干，冷卻至室溫，稱(chēng)重備用；所說(shuō)的酸液清洗法包括以下步驟載玻片用0.1-1.0molHCl溶液于室溫-80℃浸泡1-10h，用蒸餾水清洗，再用異丙醇浸泡2～4h，蒸餾水清洗，在100-120℃下烘干，冷卻至室溫，稱(chēng)重備用。
上述所說(shuō)的裝有反應(yīng)液體的霧化室置于裝有水及超聲波換能器(2)的水槽中，霧化池底部高分子隔膜放置于超聲波霧化換能器上方0.5-2厘米；霧化室中的霧化的反應(yīng)液溫度控制在20-40℃；所說(shuō)的水槽中的水應(yīng)為去離子水或蒸餾水。
上述所說(shuō)的水槽水液面要高于超聲波霧化換能器1-3厘米。
上述所說(shuō)的玻璃載片的被加熱溫度為150-550℃。
上述所說(shuō)的噴嘴位于玻璃載片上方做往復(fù)運(yùn)動(dòng)的距離可為0.5-1厘米。
上述所說(shuō)的噴嘴對(duì)玻璃載片的鍍膜時(shí)間為1-30分鐘。
上述所說(shuō)的鍍膜完成后將玻璃載片放入高溫爐的煅燒取300-700℃進(jìn)行，煅燒時(shí)間為1-4小時(shí)。
上述所說(shuō)的超聲波霧化換能器的超聲霧化頻率為1-3MHz。
本發(fā)明的工作原理在于本發(fā)明采用利用高頻超聲波對(duì)反應(yīng)液體霧化的原理將霧化后的反應(yīng)微霧滴利用空氣將其迅速送到加熱的玻璃載體表面，并在玻璃表面進(jìn)行反應(yīng)，生成納米TiO2微粒并牢固地附著在玻璃表面形成納米TiO22膜。超聲波霧化技術(shù)，無(wú)需對(duì)鈦鹽液體加熱，直接把反應(yīng)液體霧化成1～10μm的霧滴微粒。其機(jī)理是，超聲信號(hào)傳輸?shù)阶鞔怪闭駝?dòng)的壓電陶瓷振子上，引起壓電陶瓷換能器振子以一定的頻率振動(dòng)，振子將機(jī)械振動(dòng)能量傳遞給反應(yīng)液體，使液面產(chǎn)生隆起，并在隆起的周?chē)l(fā)生空化作用，并在晶片中心附近的溶液上方激起類(lèi)似于噴泉的水柱。同時(shí)，由于振子以某種頻率反復(fù)振動(dòng)的沖擊波使水產(chǎn)生空化作用，形成了有限振幅的表面張力波。這種波的波頭飛散使水霧化，溶液被霧化成大量懸浮霧滴微粒。霧化的霧滴由載氣送出，所形成云霧的霧化微粒的直徑與溶液的種類(lèi)(表面張力及密度)和超聲振動(dòng)的頻率有關(guān)。因此，原溶液超聲波霧化微粒的大小可由改變超聲振動(dòng)的頻率及溶劑的種類(lèi)來(lái)調(diào)節(jié)，，而且霧化微粒的均勻性遠(yuǎn)優(yōu)于任何其他噴槍的霧化效果。值得注意的是，超聲噴霧的載氣流速與溶液霧化微粒的直徑無(wú)關(guān)，它僅起到攜帶霧化微粒的作用，由于這個(gè)原因，為我們提供了一個(gè)可有效的控制制備納米膜的控制手段。
本發(fā)明利用超聲波霧化技術(shù)制備納米TiO2玻璃附載膜。即使反應(yīng)液體在超聲空化的作用下，產(chǎn)生大量微粒的水霧，其粒徑受超聲波頻率的控制，噴霧效率高，霧粒大小均勻可控，產(chǎn)生的霧粒在氣體的攜帶下進(jìn)入加熱后的玻璃表面高溫反應(yīng)區(qū)，通過(guò)精確控制氣體流量及反應(yīng)時(shí)間，達(dá)到控制粒子晶核生長(zhǎng)的目的，由于使用超聲波霧化，載氣的流量與霧化反應(yīng)液滴的大小無(wú)關(guān)，故通過(guò)改變載氣流量來(lái)控制霧化后微液滴反應(yīng)物的量，從而可以精確控制鍍膜的質(zhì)量和厚度，從根本上解決氣流噴霧法的反應(yīng)物液滴大小隨噴霧載氣而改變的現(xiàn)象，從而形成均勻致密高品質(zhì)的TiO2納米膜。
本發(fā)明的的優(yōu)越性在于1、本裝置與工藝拓寬了制備納米TiO2膜的方法，可有效控制生成納米膜的厚度和納米微粒大小，改善了生成納米膜的性能，屬于利用超聲波霧化方法制備納米TiO2膜的技術(shù)；2、上述所說(shuō)的制得的TiO2納米微粒膜得到干涉顏色從銀色-黃色-紅色-紫色-蘭色TiO2納米膜，形成的納米膜在可見(jiàn)光下有70-90％的透過(guò)率，在300納米處有80-95％的紫外吸收率；3、電鏡測(cè)試結(jié)果TiO2納米膜的納米微粒為10-60納米，附載于玻璃的納米TiO2膜具有很好的附著性能，形成穩(wěn)定牢固的納米膜，該技術(shù)可應(yīng)用于光自潔玻璃以及光催化反應(yīng)器的光催化膜的制備，具有廣闊的應(yīng)用前景。


附圖1為本發(fā)明所涉一種納米TiO2膜的超聲波霧化制備裝置的工作原理圖。
其中包括水槽(1)，超聲波換能器(2)，蒸餾水(3)、反應(yīng)液體(4)、高分子隔膜(5)、空氣載氣進(jìn)口(6)、霧化室(7)、霧化微滴(8)、硅橡膠導(dǎo)管(9)、噴嘴(10)、玻璃載片(11)、加熱板(12)。
附圖2為本發(fā)明所涉一種納米TiO2膜的超聲波霧化制備裝置及工藝制得的納米TiO2膜的光吸收譜圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一種納米TiO2膜的超聲波霧化制備裝置(見(jiàn)圖1)，其特征在于它是由水槽(1)，超聲波換能器(2)，蒸餾水(3)、高分子隔膜(5)、連接氣泵的空氣載氣進(jìn)口(6)、霧化室(7)、硅橡膠導(dǎo)管(9)、噴嘴(10)、玻璃載片(11)、加熱板(12)所構(gòu)成，所說(shuō)的超聲波換能器(2)置于水槽(1)中，底部帶有高分子隔膜(5)的霧化室(7)側(cè)壁部有空氣載氣進(jìn)口(6)，裝有反應(yīng)液體(4)的霧化室(7)的下部置于水槽(1)中，霧化室(7)的頂部有硅橡膠導(dǎo)管(9)，硅橡膠導(dǎo)管(9)的出口有噴嘴(10)，噴嘴(10)的下部放置加熱板(12)，噴嘴(10)與加熱板(12)間有玻璃載片(11)。
一種納米TiO2膜的超聲波霧化制備工藝(見(jiàn)圖1)，其特征在于它是由以下步驟構(gòu)成①首先制備用于超聲霧化的反應(yīng)液體，即在霧化室(7)內(nèi)裝有反應(yīng)液體，裝有反應(yīng)液體的霧化室(7)置于裝有水的及超聲波換能器(2)的水槽(1)中；②玻璃載片的清洗，去其表面雜質(zhì)；③接通加熱板(12)電源，預(yù)熱玻璃載片(11)；④接通超聲波換能器(2)的電源，開(kāi)動(dòng)連接空氣載氣進(jìn)口(6)的氣泵，霧化室(7)內(nèi)被霧化的反應(yīng)微滴被空氣帶入硅橡膠導(dǎo)管(9)，且由噴嘴(10)噴出；⑤制備TiO2納米微粒膜，須使噴嘴(10)在玻璃載片(11)上方反復(fù)平行移動(dòng)噴出被霧化的反應(yīng)微滴(8)，使反應(yīng)微滴(8)在被加熱的玻璃載片(11)表面反應(yīng)；⑥鍍膜完成后，將玻璃載片放入高溫爐煅燒；⑦制得納米TiO2膜。
上述所說(shuō)的用于制備超聲霧化的反應(yīng)液體可以有含乙醇反應(yīng)液、含環(huán)己烷反應(yīng)液、含二甲苯反應(yīng)液及微乳液反應(yīng)液體；含乙醇反應(yīng)液的配方為稱(chēng)取正鈦酸丁酯及乙醇，配制濃度0.05W正鈦酸丁酯/W乙醇的溶液；含環(huán)己烷反應(yīng)液的配方為稱(chēng)取正鈦酸丁酯及環(huán)己烷，配制濃度0.05W正鈦酸丁酯/W環(huán)己烷的溶液；含二甲苯反應(yīng)液的配方為稱(chēng)取正鈦酸丁酯及二甲苯，配制濃度0.05W正鈦酸丁酯/W二甲苯的溶液；微乳液反應(yīng)液體的配方為稱(chēng)取辛基酚聚氧己烯醚、正丁醇、環(huán)己烷為A組分，其配比為16∶4∶80，取0.5摩爾/L四氯化鈦水溶液為B組分，A∶B為15∶1組成微乳液反應(yīng)液體。
上述所說(shuō)的玻璃載片的清洗包括堿液清洗法與酸液清洗法；所說(shuō)的堿液清洗法包括以下步驟首先配制NaOH∶NaCO3∶水為1∶1∶500的溶液，將載玻片用該溶液浸泡10h，之后用蒸餾水清洗，再由異丙醇浸泡4h，用蒸餾水清洗，在120℃下烘干，冷卻至室溫，稱(chēng)重備用；所說(shuō)的酸液清洗法包括以下步驟載玻片用0.5molHCl溶液于室溫-80℃浸泡10h，用蒸餾水清洗，再用異丙醇浸泡4h，蒸餾水清洗，在105℃下烘干，冷卻至室溫，稱(chēng)重備用。
上述所說(shuō)的裝有反應(yīng)液體的霧化室(7)置于裝有水及超聲波換能器(2)的水槽(1)中，霧化池(7)底部高分子隔膜(5)放置于超聲波霧化換能器(2)上方1厘米；霧化室(7)中的霧化的反應(yīng)液溫度控制在25℃；所說(shuō)的水槽(1)中的水為蒸餾水。
上述所說(shuō)的水槽(1)水液面要高于超聲波霧化換能器1厘米。
上述所說(shuō)的玻璃載片的被加熱溫度為350℃。
上述所說(shuō)的噴嘴位于玻璃載片上方做往復(fù)運(yùn)動(dòng)的距離可為1厘米。
上述所說(shuō)的噴嘴對(duì)玻璃載片的鍍膜時(shí)間為15分鐘。
上述所說(shuō)的鍍膜完成后將玻璃載片放入高溫爐的煅燒取550℃進(jìn)行，煅燒時(shí)間為3小時(shí)。
上述所說(shuō)的超聲波霧化換能器(2)的超聲霧化頻率為2.3MHz。
權(quán)利要求
1.一種納米TiO2膜的超聲波霧化制備裝置，其特征在于它是由水槽，超聲波換能器，蒸餾水、高分子隔膜、連接氣泵的空氣載氣進(jìn)口、霧化室、硅橡膠導(dǎo)管、噴嘴、玻璃載片、加熱板所構(gòu)成，所說(shuō)的超聲波換能器置于水槽中，底部帶有高分子隔膜的霧化室側(cè)壁部有空氣載氣進(jìn)口，霧化室的下部置于水槽中，霧化室的頂部有硅橡膠導(dǎo)管，硅橡膠導(dǎo)管的出口有噴嘴，噴嘴的下部放置加熱板，噴嘴與加熱板間有玻璃載片。
2.一種納米TiO2膜的超聲波霧化制備工藝，其特征在于它是由以下步驟構(gòu)成①首先制備用于超聲霧化的反應(yīng)液體，即在霧化室內(nèi)裝有反應(yīng)液體，裝有反應(yīng)液體的霧化室置于裝有水的及超聲波換能器的水槽中；②玻璃載片的清洗，去其表面雜質(zhì)；③接通加熱板電源，預(yù)熱玻璃載片；④接通超聲波換能器的電源，開(kāi)動(dòng)連接空氣載氣進(jìn)口的氣泵，霧化室內(nèi)被霧化的反應(yīng)微滴被空氣帶入硅橡膠導(dǎo)管，且由噴嘴噴出；⑤制備TiO2納米微粒膜，須使噴嘴在玻璃載片上方反復(fù)平行移動(dòng)噴出被霧化的反應(yīng)微滴，使反應(yīng)微滴在被加熱的玻璃載片表面反應(yīng)；⑥鍍膜完成后，將玻璃載片放入高溫爐煅燒；⑦制得納米TiO2膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所說(shuō)的一種納米TiO2膜的超聲波霧化制備工藝，其特征在于所說(shuō)的用于制備超聲霧化的反應(yīng)液體可以有含乙醇反應(yīng)液、含環(huán)己烷反應(yīng)液、含二甲苯反應(yīng)液及微乳液反應(yīng)液體；含乙醇反應(yīng)液的配方為稱(chēng)取正鈦酸丁酯及乙醇，配制濃度0.001-0.20W正鈦酸丁酯/W乙醇的溶液；含環(huán)己烷反應(yīng)液的配方為稱(chēng)取正鈦酸丁酯及環(huán)己烷，配制濃度0.001-0.20W正鈦酸丁酯/W環(huán)己烷的溶液；含二甲苯反應(yīng)液的配方為稱(chēng)取正鈦酸丁酯及二甲苯，配制濃度0.001-0.20W正鈦酸丁酯/W二甲苯的溶液；微乳液反應(yīng)液體的配方為稱(chēng)取辛基酚聚氧己烯醚、正丁醇、環(huán)己烷為A組分，其配比為5-16∶1-4∶94-80，取0.1-3摩爾/L四氯化鈦水溶液為B組分，A∶B為10-20∶1-2組成微乳液反應(yīng)液體。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所說(shuō)的一種納米TiO2膜的超聲波霧化制備工藝，其特征在于所說(shuō)的玻璃載片的清洗包括堿液清洗法與酸液清洗法；所說(shuō)的堿液清洗法包括以下步驟首先配制NaOH∶NaCO3∶水為1∶1∶100-1000的溶液，將載玻片用該溶液浸泡1-10h，之后用蒸餾水清洗，再由異丙醇浸泡2～4h，用蒸餾水清洗，在100-120℃下烘干，冷卻至室溫，稱(chēng)重備用；所說(shuō)的酸液清洗法包括以下步驟載玻片用0.1-1.0molHCl溶液于室溫-80℃浸泡1-10h，用蒸餾水清洗，再用異丙醇浸泡2～4h，蒸餾水清洗，在100-120℃下烘干，冷卻至室溫，稱(chēng)重備用。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所說(shuō)的一種納米TiO2膜的超聲波霧化制備裝置，其特征在于所說(shuō)的裝有反應(yīng)液體的霧化室置于裝有水及超聲波換能器的水槽中，霧化池底部高分子隔膜放置于超聲波霧化換能器上方0.5-2厘米；霧化室中的霧化的反應(yīng)液溫度控制在20-40℃；所說(shuō)的水槽中的水應(yīng)為去離子水或蒸餾水。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所說(shuō)的一種納米TiO2膜的超聲波霧化制備裝置，其特征在于所說(shuō)的水槽水液面要高于超聲波霧化換能器1-3厘米。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所說(shuō)的一種納米TiO2膜的超聲波霧化制備工藝，其特征在于所說(shuō)的玻璃載片的被加熱溫度為150-550℃。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所說(shuō)的一種納米TiO2膜的超聲波霧化制備裝置，其特征在于所說(shuō)的噴嘴位于玻璃載片上方做往復(fù)運(yùn)動(dòng)的距離可為0.5-1厘米；所說(shuō)的噴嘴對(duì)玻璃載片的鍍膜時(shí)間為1-30分鐘。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所說(shuō)的一種納米TiO2膜的超聲波霧化制備工藝，其特征在于所說(shuō)的鍍膜完成后將玻璃載片放入高溫爐的煅燒取300-700℃進(jìn)行，煅燒時(shí)間為1-4小時(shí)。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所說(shuō)的一種納米TiO2膜的超聲波霧化制備工藝，其特征在于所說(shuō)的超聲波霧化換能器的超聲霧化頻率為1-3MHz。
全文摘要
一種納米TiO
文檔編號(hào)B05B17/04GK1683266SQ20041001901
公開(kāi)日2005年10月19日 申請(qǐng)日期2004年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月16日
發(fā)明者張嘉琪, 鄭嗣華, 黃積濤, 盧剛, 謝秀榮, 董迎, 王強(qiáng) 申請(qǐng)人:天津理工學(xué)院