專利名稱：一種大氣壓下低溫等離子體制備負(fù)載型TiO的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體光催化技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種負(fù)載型二氧化鈦光催化劑的制備方法。
背景技術(shù)：
TiO2因具有光催化活性高且抗光腐蝕、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、難溶無毒和應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點，故是目前公認(rèn)較理想的光催化劑。其在紫外光輻照下生成電子-空穴對，產(chǎn)生相應(yīng)的活性氧(如OH基、過氧離子)，其氧化能力比臭氧還高，因此TiO2光催化劑具有自潔凈、消除環(huán)境污染物、抗菌和除臭等多種功能。然而粉末狀TiO2在使用過程中存在易凝聚、易流失、分離與回收困難、粉末粒子間對光的遮蔽等問題。解決這一問題的有效途徑是使用負(fù)載型(也稱為薄膜型)TiO2光催化劑。負(fù)載型TiO2光催化劑的制備方法可分為液相法和氣相法兩大類。
在液相法中主要采用溶膠-凝膠法，該法一般以鈦鹽為前驅(qū)物，經(jīng)水解、攪拌和陳化制成穩(wěn)定的涂膜溶膠，然后將此溶膠涂覆在基體上，最后經(jīng)干燥焙燒制得。該工藝費時繁瑣，負(fù)載層的性能與聚合物的大小、支化度、交聯(lián)度以及焙燒溫度和氣氛等諸多因素相關(guān)，稍有處理不當(dāng)，就會出現(xiàn)光催化活性降低、膜有裂縫或與基體結(jié)合不牢等問題。中國專利03118762.5提供了一種用溶膠-凝膠法在多孔陶瓷上制備二氧化鈦薄膜的方法。中國專利02125716.7是在制備溶膠的過程中加入造孔劑炭黑，配成涂料涂在基板上，焙燒后可獲得多孔性的二氧化鈦光催化膜。
氣相法主要利用化學(xué)氣相沉積(CVD)、等離子體化學(xué)氣相沉積(PCVD)、等離子體濺射等技術(shù)。其中，利用等離子體化學(xué)氣相沉積技術(shù)或等離子體濺射技術(shù)，可在低溫下制備負(fù)載型TiO2光催化劑。如中國專利01134335.4提供了一種利用磁控濺射在玻璃、金屬、陶瓷等表面制備二氧化鈦光催化薄膜的方法。現(xiàn)有的等離子體制備負(fù)載型TiO2光催化劑的方法，主要是利用低氣壓(10-1～102Pa)等離子體技術(shù)，放電裝置及真空系統(tǒng)投資費用高，存在沉積速率低、能耗高等問題。這在工業(yè)應(yīng)用上將受到很大限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種在大氣壓和低溫下利用介質(zhì)阻擋放電等離子體技術(shù)制備負(fù)載型TiO2光催化劑的新方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案是載氣(如氬氣等)攜帶一定量鈦前驅(qū)物蒸氣，并與含氧或含水蒸汽的氣體在介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器混合。該介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器的高壓電極和接地電極采用同軸式或板-板式結(jié)構(gòu)，兩電極同時覆蓋介質(zhì)層或其中一電極覆蓋介質(zhì)層或一介質(zhì)阻擋層置于兩電極之間。載體裝填于放電氣隙中，或直接將阻擋介質(zhì)作為TiO2光催化劑的載體。將50Hz-50kHz的交流高壓或窄脈沖方波直流高壓施加于該介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器上。在大氣壓和低溫(室溫--300℃)條件下，混合氣體在該介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器中經(jīng)等離子體作用，即在載體表面上直接制備出TiO2光催化劑。
本發(fā)明的效果和益處是提供在大氣壓下利用介質(zhì)阻擋放電等離子體制備負(fù)載型TiO2光催化劑的新方法，制備工藝簡單，無需真空裝置，能耗低，原料氣耗量少，無需高溫焙燒。利用該方法可在大氣壓和低溫下制備出高活性的負(fù)載型TiO2光催化劑。
具體實施例方式
以下結(jié)合技術(shù)方案，詳細(xì)敘述本發(fā)明的具體實施方式
。
實施例1一同軸式介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器直徑6mm的不銹鋼高壓電極置于內(nèi)徑17mm的石英玻璃管的軸心，不銹鋼網(wǎng)接地電極緊密纏繞在石英玻璃管外側(cè)。有效放電區(qū)長度為30mm。將6mlγ-Al2O3裝填于此介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器中。反應(yīng)器加熱至150℃。由流量為10ml/min的Ar氣在常溫下攜帶TiCl4蒸氣與流量為20ml/min的O2在常溫下攜帶H2O蒸汽在介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器中混合。頻率為50Hz，峰-峰值為27.2kV的正弦波交流高壓施加于該介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器，在大氣壓下放電1小時，制得負(fù)載型TiO2/γ-Al2O3。然后取3ml所制備的負(fù)載型TiO2/γ-Al2O3，放至10ml初始濃度為0.87μg/ml的HCHO溶液中評價。在8W，253.7nm的紫外燈輻照照0.5小時，甲醛轉(zhuǎn)化率為61％。另取3mlγ-Al2O3載體，也放至10ml初始濃度為0.87μg/ml的HCHO溶液中，并同樣在8W，253.7nm的紫外燈輻照0.5小時，甲醛濃度基本沒有變化。
實施例2采用實施例1所用介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器。將6mlγ-Al2O3裝填于此介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器中。反應(yīng)器加熱至200℃。由流量為10ml/min的Ar氣在常溫下攜帶TiCl4蒸氣與流量為20ml/min的O2在常溫下攜帶H2O蒸汽在介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器中混合。頻率為50Hz，峰-峰值為27.2kV的正弦波交流高壓施加于該介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器，在大氣壓下放電1小時，制得負(fù)載型TiO2/γ-Al2O3。然后取3ml所制備的負(fù)載型TiO2/γ-Al2O3，放至10ml初始濃度為0.87μg/ml的HCHO溶液中評價。在8W，253.7nm的紫外燈輻照照0.5小時，甲醛轉(zhuǎn)化率為75％。另取3mlγ-Al2O3載體，也放至10ml初始濃度為0.87μg/ml的HCHO溶液中，并同樣在8W，253.7nm的紫外燈輻照0.5小時，甲醛濃度基本沒有變化。
實施例3采用實施例1所用介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器。將6mlγ-Al2O3裝填于此介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器中。反應(yīng)器加熱至250℃。由流量為10ml/min的Ar氣在常溫下攜帶TiCl4蒸氣與流量為20ml/min的O2在常溫下攜帶H2O蒸汽在介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器中混合。頻率為50Hz，峰-峰值為27.2kV的正弦波交流高壓施加于該介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器，在大氣壓下放電1小時，制得負(fù)載型TiO2/γ-Al2O3。然后取3ml所制備的負(fù)載型TiO2/γ-Al2O3，放至10ml初始濃度為0.87μg/ml的HCHO溶液中評價。在8W，253.7nm的紫外燈輻照照0.5小時，甲醛轉(zhuǎn)化率為42％。另取3mlγ-Al2O3載體，也放至10ml初始濃度為0.87μg/ml的HCHO溶液中，并同樣在8W，253.7nm的紫外燈輻照0.5小時，甲醛濃度基本沒有變化。
實施例4采用實施例1所用介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器。將6mlγ-Al2O3裝填于此介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器中。反應(yīng)器加熱至300℃。由流量為10ml/min的Ar氣在常溫下攜帶TiCl4蒸氣與流量為20ml/min的O2在常溫下攜帶H2O蒸汽在介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器中混合。頻率為50Hz，峰-峰值為27.2kV的正弦波交流高壓施加于該介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器，在大氣壓下放電1小時，制得負(fù)載型TiO2/γ-Al2O3。然后取3ml所制備的負(fù)載型TiO2/γ-Al2O3，放至10ml初始濃度為0.87μg/ml的HCHO溶液中評價。在8W，253.7nm的紫外燈輻照照0.5小時，甲醛轉(zhuǎn)化率為47％。另取3mlγ-Al2O3載體，也放至10ml初始濃度為0.87μg/ml的HCHO溶液中，并同樣在8W，253.7nm的紫外燈輻照0.5小時，甲醛濃度基本沒有變化。
實施例5采用實施例1所用介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器。將6mlγ-Al2O3裝填于此介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器中。反應(yīng)器加熱至200℃。由流量為10ml/min的Ar氣在常溫下攜帶TiCl4蒸氣與流量為20ml/min的O2在常溫下攜帶H2O蒸汽在介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器中混合。頻率為50Hz，峰-峰值為30.6kV的正弦波交流高壓施加于該介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器，在大氣壓下放電1小時，制得負(fù)載型TiO2/γ-Al2O3。然后取3ml所制備的負(fù)載型TiO2/γ-Al2O3，放至10ml初始濃度為1.67μg/ml的HCHO溶液中評價。在8W，253.7nm的紫外燈輻照照0.5小時，甲醛轉(zhuǎn)化率為59％。另取3mlγ-Al2O3載體，也放至10ml初始濃度為1.67μg/ml的HCHO溶液中，并同樣在8W，253.7nm的紫外燈輻照0.5小時，甲醛濃度基本沒有變化。
實施例6采用實施例1所用介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器。將6mlγ-Al2O3裝填于此介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器中。反應(yīng)器加熱至200℃。由流量為10ml/min的Ar氣在常溫下攜帶TiCl4蒸氣與流量為20ml/min的O2在常溫下攜帶H2O蒸汽在介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器中混合。頻率為50Hz，峰-峰值為34kV的正弦波交流高壓施加于該介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器，在大氣壓下放電1小時，制得負(fù)載型TiO2/γ-Al2O3。然后取3ml所制備的負(fù)載型TiO2/γ-Al2O3，放至10ml初始濃度為1.51μg/ml的HCHO溶液中評價。在8W，253.7nm的紫外燈輻照照0.5小時，甲醛轉(zhuǎn)化率為66％。另取3mlγ-Al2O3載體，也放至10ml初始濃度為1.51μg/ml的HCHO溶液中，并同樣在8W，253.7nm的紫外燈輻照0.5小時，甲醛濃度基本沒有變化。
實施例7采用實施例1所用介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器。將6mlγ-Al2O3裝填于此介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器中。反應(yīng)器不加熱。由流量為10ml/min的Ar氣在常溫下攜帶TiCl4蒸氣與流量為20ml/min的O2在常溫下攜帶H2O蒸汽在介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器中混合。頻率為5kHz，峰-峰值為13.0kV的正弦波交流高壓施加于該介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器，在大氣壓下放電1小時，制得負(fù)載型TiO2/γ-Al2O3。然后取3ml所制備的負(fù)載型TiO2/γ-Al2O3，放至10ml初始濃度為2.63μg/ml的HCHO溶液中評價。在8W，253.7nm的紫外燈輻照照0.5小時，甲醛轉(zhuǎn)化率為86％。另取3mlγ-Al2O3載體，也放至10ml初始濃度為2.63μg/ml的HCHO溶液中，并同樣在8W，253.7nm的紫外燈輻照0.5小時，甲醛濃度基本沒有變化。
實施例8取10mg P-25粉體TiO2光催化劑(Degussa公司)，加入到40ml初始濃度為2.34μg/ml的甲醛溶液中，攪拌15min，超聲15min，取其中10ml作光催化實驗。在8W，253.7nm的紫外燈輻照0.5小時，甲醛轉(zhuǎn)化率為83％。另取上述含有10ml P-25 TiO2的甲醛溶液放置30min(無紫外燈輻照)，甲醛濃度基本沒有變化。再另取10ml初始濃度為2.34μg/ml無P-25 TiO2的甲醛溶液在相同紫外燈下光照0.5小時，甲醛濃度也基本沒有變化。
權(quán)利要求
1.一種大氣壓下低溫等離子體制備負(fù)載型TiO2光催化劑的方法，其特征是利用含有鈦前驅(qū)物蒸氣與含氧或含水蒸汽的混合氣體，在大氣壓和低溫條件下通過介質(zhì)阻擋放電等離子體，直接制備負(fù)載型TiO2光催化劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大氣壓下低溫等離子體制備負(fù)載型TiO2光催化劑的方法，其特征在于高壓電極和接地電極采用同軸式或板-板式結(jié)構(gòu)，兩電極同時覆蓋介質(zhì)層，或其中一電極覆蓋介質(zhì)層，或一介質(zhì)阻擋層置于兩電極之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和權(quán)利要求2所述的一種大氣壓下低溫等離子體制備負(fù)載型TiO2光催化劑的方法，其特征在于載體裝填于放電氣隙中，或直接將阻擋介質(zhì)作為TiO2光催化劑的載體。
全文摘要
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體光催化技術(shù)領(lǐng)域，涉及到一種大氣壓低溫等離子體制備負(fù)載型TiO
文檔編號B01J21/06GK1562463SQ20041002124
公開日2005年1月12日 申請日期2004年4月5日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月5日
發(fā)明者朱愛民, 聶龍輝, 宋志民, 徐勇 申請人:大連理工大學(xué)