專利名稱：光催化制品及其制備方法
技術領域：
本發明涉及光催化技術，具體而言，涉及一種含有氧化鈦光催化劑的光催化制品以及該光催化制品的制備方法。
背景技術：
眾所周知，納米氧化鈦光催化劑具有不發生光腐蝕、化學性質穩定、對生物無毒性、來源豐富、氧化性和還原性強等特點。近年來，以氧化鈦等半導體作為催化劑的光催化技術已經成為環境研究的熱點之一。許多研究業已表明，氧化鈦光催化劑可以較好地降解水和空氣中的很多污染物，因而其具有廣闊的應用前景。在傳統的應用中，氧化鈦光催化劑多以粉末狀形式出現。然而，粉末狀氧化鈦光催化劑存在著二次分離和回收等問題，因而，人們現在又把目光投向氧化鈦薄膜催化劑上。于是，這樣一個問題便擺在了人們面前，即，如何將氧化鈦光催化劑牢固地固定在基體上，并制備出具有較好的光催化性能的薄膜型光催化制品。
采用現有技術制備薄膜型光催化制品時，為在基體上固定氧化鈦光催化膜，一般先將該基體浸泡在氧化鈦納米晶粒和無機粘合劑顆粒(氧化鋁，氧化硅等)的混合溶液中，然后對負載了氧化鈦納米晶粒和無機粘合劑顆粒的基體進行燒結。這樣，無機粘合劑顆粒等非氧化鈦的無機成分就會覆蓋在氧化鈦的表面，于是在光催化膜的表面上氧化鈦露出的面積相應地減少，從而使得這樣制備的光催化制品的光催化活性不夠高。如若不使用無機粘合劑，則需要提高燒結溫度以促使氧化鈦納米晶粒與基體燒結，從而保證氧化鈦納米晶粒能夠牢固地固定在該基體表面上。然而，由于氧化鈦納米晶粒受熱后易在氧化鈦晶粒之間產生燒結現象，因此，提高燒結溫度勢必會降低光催化制品的比表面積，從而降低其光催化活性。因而，這就迫切需要尋求一種具有較高光催化性能的光催化制品，以及一種能夠不提高燒結溫度就可以制備出上述具有較高光催化性能的光催化制品的方法。
發明內容
為解決上述技術問題，本發明提供一種光催化制品，其具有較高的光催化性能，并且其光催化膜與基體結合牢固而不易脫落。同時，本發明還提供一種光催化制品的制備方法，其能夠不提高燒結溫度就可以制備出具有上述特性的光催化制品。
為此，本發明的技術方案為提供一種光催化制品，其包括陶瓷基體及位于陶瓷基體表面的光催化膜，所述光催化膜含有酸根以及作為主要成分的氧化鈦。
其中，所述氧化鈦的晶型包括銳鈦礦型。優選地，所述氧化鈦中銳鈦礦型氧化鈦所占比率在80％以上。
其中，所述酸根至少包括硝酸根、鹽酸根、磷酸根、硫酸根中的一種。
優選地，所述光催化膜的厚度不超過100微米。
優選地，所述光催化膜含有微米級裂縫，所述裂縫的深度為所述光催化膜的厚度，所述裂縫的寬度在20微米以下，所述裂縫的單體長度在150微米以下。
其中，所述陶瓷基體為多孔泡沫陶瓷，其常溫彎曲強度大于等于0.5MPa，其氣孔率介于70％和90％之間。優選地，所述多孔泡沫陶瓷的孔數介于5ppi和50ppi之間。更為優選地，所述多孔泡沫陶瓷的骨格中含有孔。
優選地，所述的光催化制品的比表面積大于6m2/g。
優選地，光催化制品在含有紫外線的光的照射下，具有分解醛類有害物質和/或含氮類有害物質和/或含硫類有害物質和/或有機溶劑類有害物質和/或脂肪酸類有害物質的光催化活性。
優選地，所述陶瓷基體由氧化鋁、氧化硅、碳化硅、磷酸鋁、磷酸鈣、氧化鎂、氧化鋯中的至少一種作為主要成分。
優選地，所述光催化制品在受熱條件下不燃燒，所述光催化制品的光催化活性通過水洗和/或在陽光下晾曬的方式得到恢復。
此外，本發明還提供一種制備上述光催化制品的方法，該方法至少包括下述步驟1)將陶瓷基體浸泡在含有酸根的氧化鈦溶液中；2)利用低于600攝氏度的溫度對負載有所述酸根和氧化鈦的陶瓷基體進行加熱燒結，從而得到光催化制品。
其中，所述酸根至少包括硝酸根、鹽酸根、磷酸根、硫酸根中的一種。優選地，所述酸根的濃度，以氧化鈦為基準，介于100wt ppm和20,000wt ppm之間。更為優選地，所述酸根的濃度，以光催化制品為基準，介于1wt ppm和5000wt ppm之間。
優選地，所述氧化鈦中銳鈦礦型氧化鈦所占比率在80％以上。
其中，所述陶瓷基體為多孔泡沫陶瓷，其常溫彎曲強度大于等于0.5MPa，其氣孔率介于70％和90％之間。優選地，所述多孔泡沫陶瓷的孔數介于5ppi和50ppi之間。更為優選地，所述多孔泡沫陶瓷的骨格中含有孔。
優選地，在所述步驟1)和步驟2)之間還包括下述步驟，即，取出負載有所述酸根和氧化鈦的陶瓷基體，并將其置于大氣中空氣干燥。
優選地，所述步驟2)中加熱燒結的升溫速度介于10度/小時和400度/小時之間。
更為優選地，本發明提供的制備方法使所述陶瓷基體上的光催化膜具有微米級裂縫。
相對于現有技術，本發明具有下述優點應用本發明的制備方法制備光催化制品，需要在氧化鈦納米溶液中添加適當的酸，并將陶瓷基體浸泡在該溶液中。由于添加的酸能夠促進納米氧化鈦晶粒的分散，這樣便使得這樣制備的光催化制品具有較高的光催化性能。同時，由于所添加的酸能夠增強氧化鈦晶粒和陶瓷基體的結合力，這樣便能夠保證氧化鈦光催化膜可以與陶瓷基體牢固結合而不易脫落。而且，由于氧化鈦晶粒和陶瓷基體的結合力得到增強，這就無需通過提高燒結溫度來促使氧化鈦晶粒與陶瓷基體牢固結合，這樣便使得即使在600攝氏度以下進行低溫燒結，也能夠得到牢固的氧化鈦膜。再者，由于無需提高燒結溫度，這樣便能夠有效地阻止納米氧化鈦晶粒之間的相互燒結，從而保證了在600攝氏度以下燒結的光催化制品可以具有很高的光催化活性。
另外，由于本發明的陶瓷基體采用多孔泡沫陶瓷基體，因而以其為基體的光催化制品具有較大的比表面積，這同樣能夠保證其具有較高的光催化性能。同時，由于本發明采用的多孔泡沫陶瓷作為基體材料，這樣能夠進一步加強阻燃作用，因此，本發明提供的光催化制品即便是在1300攝氏度也不會燃燒。
再有，本發明提供的光催化制品中的光催化膜可以含有微米級裂縫，通過該微米級裂縫，有害成分可以容易地滲進光催化膜層的內部，從而增大了有害成分和光催化成分的接觸機會，進而更有利于提高光催化制品的光催化性能。
圖1為實施例1得到的光催化制品樣品1的實物表面放大25倍的照片；圖2為實施例1得到的光催化制品樣品1的實物斷面放大25倍并附帶有1mm的玻璃尺的照片；圖3為實施例1得到的光催化制品樣品1的實物的放大3500倍的電鏡照片；圖4為比較例8得到的光催化制品樣品21的實物的放大300倍的電鏡照片；圖5示出實施例1得到的樣品1的乙醛降解實驗中乙醛的濃度變化；圖6示出實施例1得到的樣品1的乙醛降解實驗中CO2的濃度變化；以及圖7示出實施例1得到的樣品1的乙醛降解實驗中水的濃度變化。
具體實施例方式
本發明的核心是在氧化鈦納米溶液中添加適當的酸，并將陶瓷基體浸泡在該溶液中，然后采用適當的低溫燒結方式來制備光催化制品。該光催化制品包括陶瓷基體及位于陶瓷基體表面的光催化膜。
其中，氧化鈦納米溶液即為光催化膜的原料。氧化鈦分為晶態和非晶態，晶態有銳鈦礦型、金紅石型、板鈦礦型。其中，銳鈦礦型氧化鈦具有較高的光催化性能。本發明中所說的氧化鈦可以為單一晶型，也可以為混合晶型。當采用混合晶型氧化鈦時，銳鈦礦型氧化鈦所占的比率若小于80％，則不足以提供較高的光催化性能。因而，銳鈦礦晶型氧化鈦所占的比率優選地在80％以上。
制備光催化制品時，向氧化鈦納米溶液中添加適量的酸。該酸具有下述三方面的作用第一，能夠促進納米氧化鈦晶粒的分散；第二，能夠增強氧化鈦晶粒和多孔泡沫陶瓷基體的結合力(其機理還沒有完全得到解明，有可能是增大了化學吸附力)，這樣，即便是在600攝氏度以下的低溫進行燒結，也能夠得到牢固的氧化鈦膜；第三，由于酸能促進氧化鈦納米晶粒的分散，阻止其團聚，從而降低所需燒結溫度，而低溫燒結又能防止納米晶粒長大和相互沾結，因此，該酸能夠阻止納米氧化鈦晶粒之間的相互燒結，從而使得在600攝氏度以下燒結的光催化制品具有很高的光催化活性。盡管向氧化鈦納米溶液中添加適量的酸可以具有上述有利作用，但是該方法在現有技術中還未有人提出過。
實際上，所添加的酸的酸根，一部分會在加熱燒結過程中揮發，一部分仍會殘留在光催化制品的氧化鈦膜中。因此，本發明提供的光催化制品的光催化膜中含有酸根。
上述酸根至少為硝酸根、鹽酸根、磷酸根、硫酸根中的一種，也就是說，含有的酸根可以是單一種類的，也可以是復合型的。
實際應用中，對酸根的濃度也有要求。以氧化鈦為基準，酸根的濃度若小于100wt ppm，則酸根不足以發揮上述三方面的作用；而酸根濃度若大于20,000wt ppm，則酸根會覆蓋在氧化鈦晶粒的表面上，這樣便減少了有害成分和光催化成分(即，氧化鈦晶粒)的接觸面積，進而降低了該光催化制品的光催化活性。因此，若以氧化鈦為基準，酸根的濃度優選地介于100wt ppm和20,000wt ppm之間；若以光催化制品為基準，酸根的濃度優選介于1wt ppm和5,000wt ppm之間。
至于燒結溫度，若其小于100攝氏度，則會使得光催化膜與多孔泡沫陶瓷基體之間的結合力較小；若其大于600攝氏度，則納米氧化鈦晶粒之間會發生過度燒結，即，氧化鈦晶粒彼此之間相互燒結，這樣便降低了比表面積，從而降低了光催化活性。因而，加熱燒結的溫度優選地介于100攝氏度和600攝氏度之間。
至于升溫速度，若其小于10度/小時，則生產效率較低。若其高于400度/小時，則光催化膜容易剝落。因此，加熱燒結的升溫速度優選地介于10度/小時和400度/小時之間。
本發明提供的光催化制品的基體選用多孔泡沫陶瓷，這樣會增大有害成分和光催化制品的接觸面積，進而提高光催化性能。
該多孔泡沫陶瓷基體的成分，可以是單一成分，也可以是復合型成分，也就是說，該基體成分可以由氧化鋁、氧化硅、碳化硅、磷酸鋁、磷酸鈣、氧化鎂、氧化鋯中的至少一種作為主要成分。
該多孔泡沫陶瓷的結構類似于泡沫海綿的三維多孔結構。若其抗彎曲強度小于0.5MPa，該基體的機械性能差，容易發生破碎。因此，實際應用中該基體的常溫抗彎曲強度需要大于等于0.5MPa。至于其氣孔率，若小于70％，則透氣性小，風阻大；若大于90％，則該基體的骨格較細，容易破碎。因此，其氣孔率優選為大于70％小于90％。
至于多孔泡沫陶瓷的孔數，若其小于5ppi(ppi是指在25毫米的距離之內所具有的孔的個數)，孔過于稀疏，光催化制品與有害成分的接觸面積小，不利于發揮光催化性能；若孔數大于50ppi，孔過于稠密，風阻增大，不利于實際應用，另一方面，孔過于稠密，不利于氧化鈦晶粒溶液滲入整個基體，從而使得比表面積減少，降低光催化性能。因此，多孔泡沫陶瓷的孔數優選地介于5ppi和50ppi之間。
多孔泡沫陶瓷有各種制備方法。比如，先將聚氨脂泡沫海綿原料浸泡在陶瓷漿料中，得到骨格中含有聚氨脂支架的泡沫陶瓷半成品，再在1300攝氏度以上的高溫加熱，聚氨脂支架氧化揮發，這樣形成的泡沫陶瓷的骨格中含有孔。當然，也可以在陶瓷漿料中添加發泡劑，并加熱燒結來制備多孔泡沫陶瓷，這種形成的泡沫陶瓷的骨格是實心的。因此，根據骨格中是否含有孔，就可以推斷出泡沫陶瓷的制備方法。實際上，光催化制品使用骨格中含有孔的多孔泡沫陶瓷，會比使用實心骨格的多孔泡沫陶瓷顯示出更好的性能，其原因還有待探討，有可能是骨格中含有孔的結構，會促進有害成分的流通以及增大光催化膜的接觸機會，從而會提高光催化制品的光催化性能。
光催化制品的比表面積會影響有害成分和光催化成分的接觸機會(換言之，光催化制品的比表面積會影響有害成分和光催化成分的接觸面積)，從而影響光催化性能。當比表面積小于6m2/g時，不足以得到較高的光催化性能。因而，光催化制品的比表面積有選地大于6m2/g。
本發明提供的光催化制品的光催化膜可以含有微米級裂縫。由于只有當有害成分和光催化成分相接觸時，光催化制品才能發揮光催化作用。因此，通過該微米級裂縫，有害成分可以容易地滲進光催化膜層的內部，從而增大了有害成分和光催化成分的接觸機會。
光催化膜若要發揮光催化性能，則需要具有一定的厚度。根據電鏡觀察和性能檢測的經驗，膜厚度需要在0.2微米以上。可是，膜厚度并不是可以無限增大的，當其超過100微米時，光催化膜容易發生剝落。通常，為了防止剝落，往往采用高溫燒結。然而，這樣做的結果便是使得氧化鈦晶粒彼此之間相互燒結，從而導致該光催化制品的比表面積降低，進而使得其光催化性能降低。因此，膜厚度不超過100微米是合適的。
至于微米級的裂縫的深度，當其為光催化膜的膜厚度(即，沿光催化膜的膜厚度方向貫穿光催化膜)時，能最大限度地促進有害成分和光催化成分的接觸，從而提高光催化性能。因此，光催化膜的裂縫的深度優選地為膜厚度。
至于微米級裂縫的寬度，當其超過20微米時，會降低光催化膜的表面積，從而降低光催化反應活性。本發明中采用600攝氏度以下的低溫燒結制備方法，優選地，光催化膜的裂縫的寬度在20微米以下。實際上，通過600攝氏度以上高溫燒結而得到的光催化制品，其光催化膜的裂縫通常會超過20微米。因此，通過觀察光催化膜的微米級裂縫的寬度，可以推斷出制備方法。
至于微米級裂縫的單體長度，優選地在1 50微米以下。本發明是采用600攝氏度以下的低溫燒結的制備方法。若通過600攝氏度以上高溫燒結而得到的光催化制品，其光催化膜的裂縫的單體長度通常會超過150微米。因此，通過觀察光催化膜的微米級裂縫的單體長度，可以推斷出制備方法。
本發明提供的光催化制品在空氣中即便是在1300攝氏度以上高溫受熱也不會燃燒，尤其適合用于比如車船等公共場所。
在實際應用中，光催化材料長久使用后便會失去活性，能否使其恢復活性是影響其推廣應用的重要因素之一。本發明的光催化制品，通過水洗以及太陽光下晾曬的方法可以使光催化活性得到恢復，從而能夠反復使用。
下面結合圖表以及實施例和對比例對本發明進行詳細描述。
實施例1將長300mm、寬300mm、厚20mm的多孔泡沫陶瓷浸泡在10kg的已添加了14,000wt ppm硝酸的納米氧化鈦的水分散液中。其中，納米氧化鈦晶粒大小為7nm，晶型為銳鈦礦型，比表面積為321m2/g；水溶液中的納米氧化鈦晶粒的含量為28wt％；多孔泡沫陶瓷的主要成分為氧化鋁，其常溫抗彎曲強度為0.7MPa，氣孔率為81％，孔數為20ppi，骨格中含有孔。浸泡15分鐘后，將負載了氧化鈦和硝酸根的多孔泡沫陶瓷取出，置于大氣中空氣干燥15分鐘，然后放進加熱裝置中，以100度/小時的升溫速度加熱至180攝氏度，恒溫3小時后，關閉電源，降溫至室溫后取出，即得到光催化制品樣品1。
實施例2將實施例1中硝酸的濃度調整為140wt ppm，其他條件和步驟與實施例1相同，即得到光催化制品樣品2。
實施例3將實施例1中硝酸的濃度調整為140,000wt ppm，其他條件和步驟與實施例1相同，即得到光催化制品樣品3。
實施例4將實施例1中添加的硝酸改為鹽酸，其他條件和步驟與實施例1相同，即得到光催化制品樣品4。
實施例5將實施例1中氧化鈦的晶型由銳鈦礦型改變為銳鈦礦型和金紅石型的混合型，其中，銳鈦礦型氧化鈦所占比例為83％。其他條件和步驟與實施例1相同，即得到光催化制品樣品5。
實施例6將實施例1中孔數為20ppi的多孔泡沫陶瓷改變為孔數為6ppi的多孔泡沫陶瓷。其他條件和步驟與實施例1相同，即得到光催化制品樣品6。
實施例7將實施例1中孔數為20ppi的多孔泡沫陶瓷改變為孔數為30ppi的多孔泡沫陶瓷。其他條件和步驟與實施例1相同，即得到光催化制品樣品7。
實施例8將實施例1中主要成分為氧化鋁的多孔泡沫陶瓷改變為主要成分為氧化鋁和磷酸鋁的混合物的多孔泡沫陶瓷，其中，磷酸鋁的含量為13wt％。其他條件和步驟與實施例1相同，即得到光催化制品樣品8。
實施例9將實施例1中主要成分為氧化鋁的多孔泡沫陶瓷改變為主要成分為碳化硅的多孔泡沫陶瓷。其他條件和步驟與實施例1相同，即得到光催化制品樣品9。
實施例10將實施例1中的加熱溫度從180攝氏度調整為110攝氏度。其他條件和步驟與實施例1相同，即得到光催化制品樣品10。
實施例11將實施例1中的加熱溫度從180攝氏度調整為580攝氏度。其他條件和步驟與實施例1相同，即得到光催化制品樣品11。
實施例12將實施例1中的升溫速度從100度/小時調整為20度/小時。其他條件和步驟與實施例1相同，即得到光催化制品樣品12。
實施例13將實施例1中的升溫速度從100度/小時調整為380度/小時。其他條件和步驟與實施例1相同，即得到光催化制品樣品13。
比較例1將實施例1中硝酸的濃度調整為100wt ppm，其他條件和步驟與實施例1相同，即得到光催化制品樣品14。
比較例2將實施例1中硝酸的濃度調整為160,000wt ppm，其他條件和步驟與實施例1相同，即得到光催化制品樣品15。
比較例3將實施例1中氧化鈦的晶型由銳鈦礦型改變為銳鈦礦型和金紅石型的混合型，其中，銳鈦礦型氧化鈦所占比例為77％。其他條件和步驟與實施例1相同，即得到光催化制品樣品16。
比較例4將實施例1中孔數為20ppi的多孔泡沫陶瓷改變為孔數為3ppi的多孔泡沫陶瓷。其他條件和步驟與實施例1相同，即得到光催化制品樣品17。
比較例5將實施例1中孔數為20ppi的多孔泡沫陶瓷改變為孔數為55ppi的多孔泡沫陶瓷。其他條件和步驟與實施例1相同，即得到光催化制品樣品18。
比較例6將實施例1中的骨格中含有孔的多孔泡沫陶瓷改變為骨格為實心的多孔泡沫陶瓷。其他條件和步驟與實施例1相同，即得到光催化制品樣品19。
比較例7將實施例1中的加熱溫度從180攝氏度調整為90攝氏度。其他條件和步驟與實施例1相同，即得到光催化制品樣品20。
比較例8將實施例1中的加熱溫度從180攝氏度調整為620攝氏度。其他條件和步驟與實施例1相同，即得到光催化制品樣品21。
比較例9將實施例1中的升溫速度從100度/小時調為420度/小時。其他條件和步驟與實施例1相同，即得到光催化制品樣品22。
下面說明對樣品1至22進行結構觀察、物性檢測以及光催化性能檢測的具體方法。
關于結構觀察，使用S-4800型FE-SEM電子顯微鏡，進行表面以及斷面的觀察。
關于酸根濃度，參照固體試樣中酸根的測試標準。首先，將試樣浸泡在純水中；過一定的時間后，使用離子色譜儀檢測溶液中的酸根濃度。試驗將這樣進行，首先將樣品浸泡在純水中，測定將試樣中的酸根全部抽出所需時間，從而確定酸根濃度。其具體做法是將長30mm寬30mm高20mm的試樣浸泡在6000ml的純水中，每隔一個小時，檢測溶液中的酸根濃度。剛開始，溶液中的酸根濃度隨著時間的推移而增加；試樣浸泡16小時后，溶液中的酸根濃度達到飽和。因此，關于酸根濃度的檢測，試樣浸泡在純水中的時間統一為16小時。
關于光催化膜的剝落性的物性檢測，是依據中華人民共和國建材行業標準JC/T859-2001《泡沫陶瓷過濾器》的表面掉渣的檢測方法進行的。具體做法是將試樣清理干凈(除去浮渣)后，用15-30mm長的棕毛刷以勻速刷試樣表面，記錄有無掉渣現象。
關于比表面積的物性檢測，采用標準的BET方法。
關于光催化的性能檢測方法，采用乙醛光催化分解的方法(即，有害有機物質的代表——乙醛在光催化的作用下，分解成無害的無機物質二氧化碳和水)。換言之，利用以下的反應來驗證光催化的性能CH3CHO→CO2+H2O由此可見，對于光催化性能高低的檢測，不僅需要檢測有害成分——乙醛的濃度是否降低，同時還需要檢測生成物質，也就是二氧化碳和水的成分是否增大。其具體方法是將長300毫米寬300毫米厚20毫米的光催化制品放入10L的四角形氣囊中。氣囊的材質采用含氟薄膜，幾乎不吸收UV-A紫外光。向氣囊內沖入含乙醛450ppm左右的氣體，在暗室中存放30分鐘后，利用在樣品照射面上的UV-A紫外線強度為1mW/cm2的光進行照射。使用光聲多項氣體檢測儀(1314-5型，INNOVAAir Instruments制)檢測原始氣體以及向氣囊內沖入乙醛后的乙醛、二氧化碳、水的濃度。
試驗表明，采用上述方法檢測光催化性能時，利用在樣品照射面上的UV-A紫外線強度為1mW/cm2的光照射30分鐘后，氣囊中的乙醛濃度降低90％以上，二氧化碳濃度增大，水份的濃度也增大。
與之進行比較，同樣是將長300毫米寬300毫米厚20毫米的光催化制品放入10L的氣囊中，向氣囊內沖入含乙醛450ppm左右的氣體，在暗室中存放30分鐘后，而不進行光照射，則氣囊中的乙醛濃度降低50％以上。
下面結合圖表說明對樣品1至22進行結構觀察、物性檢測以及光催化性能檢測的結果。
其中，表1中示出由上述實施例和比較例而得到的光催化制品樣品1至22的物性檢測結果以及光催化性能的檢測結果。
關于光催化膜的掉渣現象的檢測結果，從表1中可以看到，酸根的存在有助于光催化膜牢固地結合在基體上而不掉渣(即，不脫落)。
比較例4至6，雖然沒有光催化膜的掉渣現象，可是，它們各有缺點。比較例4和6的光催化性能低，比較例5風阻大。因此，不宜采用比較例4至6的制備方法。
圖1和2分別示出了由實施例1得到的光催化制品樣品1的實物放大25倍的表面照片以及斷面照片。從圖1中可以看到光催化制品的基體為多孔泡沫陶瓷。從圖2中可以看到光催化制品的基體的骨格中含有孔。
請同時參閱圖3和圖4，光催化制品樣品1表面的光催化膜含有微米級裂縫；陶瓷基體表面的光催化膜的厚度為4微米，未超過100微米；光催化膜的微米級裂縫的深度即為膜的厚度，即，貫穿膜的厚度；光催化膜的微米級裂縫的寬度為1微米，未超過20微米；光催化膜的微米級裂縫的單體長度為15微米，未超過150微米。比較例8和實施例1的不同點在于加熱溫度。比較例8的加熱溫度大于600攝氏度。從圖4可以看到，加熱溫度大于600攝氏度時，陶瓷基體表面的光催化膜的厚度為135微米，超過了100微米；光催化膜的微米級裂縫的寬度為20微米；裂縫的單體長度為175微米，超過了150微米。
圖5、圖6和圖7分別是實施例1的得到的樣品1作光催化性能檢測時的乙醛、CO2、水的濃度變化。從圖5可以看出乙醛的初始濃度為477.4ppm，暗處保存30分后，乙醛的濃度為25.5ppm。乙醛濃度降低了94.7％。紫外光照射30分鐘后，乙醛濃度為1.6ppm。乙醛濃度降低了99.7％。從圖6可以看出紫外光照射后，CO2的濃度隨時間的推移而增大。這便驗證了乙醛在光的照射下，被分解成無害的CO2。從圖7可以看到紫外光照射后，水的濃度隨時間的推移而增加。類似地，實施例2至13的檢測結果和圖5至7中所示的結果相類似。以上的光催化性能的檢測結果驗證了基于上述實施例所得到的樣品具有很高的光催化活性。
綜合表1的物性、光催化性能的檢測結果以及圖1至圖4的結構觀察，表明本發明的技術方案是合理。因此，將多孔泡沫陶瓷浸泡在含有酸根的光催化溶液中，然后在攝氏600度以下的低溫下加熱燒結便可以得到具有較高光催化性能并且光催化膜牢固的光催化制品。該光催化制品在含有紫外線的光的照射下，具有分解醛類、含氮類、含硫類、有機溶劑類、脂肪酸類等有害物質的光催化活性。對于在紫外光的照射下的分解乙醛性能，顯示出比現有產品更高的光催化活性，同時受熱不燃，而且還可以反復使用。
可以理解的是，以上實施方式僅僅是為了說明本發明的原理而采用的示例性實施方式，然而本發明并不局限于此。對于本領域內的普通技術人員而言，在不脫離本發明的精神和實質的情況下，可以做出各種變型和改進，這些變型和改進也視為本發明的保護范圍。
表1光催化制品樣品的物性檢測結果以及光催化性能的檢測結果
權利要求
1.一種光催化制品，包括陶瓷基體及位于陶瓷基體表面的光催化膜，所述光催化膜含有酸根以及作為主要成分的氧化鈦。
2.如權利要求1所述的光催化制品，其中所述氧化鈦的晶型包括銳鈦礦型。
3.如權利要求2所述的光催化制品，其中所述氧化鈦中銳鈦礦型氧化鈦所占比率在80％以上。
4.如權利要求1所述的光催化制品，其中所述酸根至少包括硝酸根、鹽酸根、磷酸根、硫酸根中的一種。
5.如權利要求1所述的光催化制品，其中所述光催化膜的厚度不超過100微米。
6.如權利要求1所述的光催化制品，其中所述光催化膜含有微米級裂縫。
7.如權利要求6所述的光催化制品，其中所述裂縫的深度為所述光催化膜的厚度。
8.如權利要求6所述的光催化制品，其中所述裂縫的寬度在20微米以下。
9.如權利要求6所述的光催化制品，其中所述裂縫的單體長度在150微米以下。
10.如權利要求1所述的光催化制品，其中所述陶瓷基體為多孔泡沫陶瓷，其常溫彎曲強度大于等于0.5MPa，其氣孔率介于70％和90％之間。
11.如權利要求10所述的光催化制品，其中所述多孔泡沫陶瓷的孔數介于5ppi和50ppi之間。
12.如權利要求10所述的光催化制品，其中所述多孔泡沫陶瓷的骨格中含有孔。
13.如權利要求3所述的光催化制品，其比表面積大于6m2/g。
14.如權利要求1至13中任一項所述的光催化制品，其在含有紫外線的光的照射下，具有分解醛類有害物質和/或含氮類有害物質和/或含硫類有害物質和/或有機溶劑類有害物質和/或脂肪酸類有害物質的光催化活性。
15.如權利要求14所述的光催化制品，其中所述陶瓷基體由氧化鋁、氧化硅、碳化硅、磷酸鋁、磷酸鈣、氧化鎂、氧化鋯中的至少一種作為主要成分。
16.如權利要求14所述的光催化制品，其在受熱條件下不燃燒。
17.如權利要求14所述的光催化制品，其光催化活性通過水洗和/或在陽光下晾曬的方式得到恢復。
18.一種制備如權利要求1至17所述的光催化制品的方法，至少包括下述步驟1)將陶瓷基體浸泡在含有酸根的氧化鈦溶液中；2)利用低于600攝氏度的溫度對負載有所述酸根和氧化鈦的陶瓷基體進行加熱燒結，從而得到光催化制品。
19.如權利要求18所述的制備方法，其中所述酸根至少包括硝酸根、鹽酸根、磷酸根、硫酸根中的一種。
20.如權利要求18所述的制備方法，其中所述酸根的濃度，以氧化鈦為基準，介于100wt ppm和20,000wt ppm之間。
21.如權利要求18所述的制備方法，其中所述酸根的濃度，以光催化制品為基準，介于1wt ppm和5000wt ppm之間。
22.如權利要求18所述的制備方法，其中所述氧化鈦中銳鈦礦型氧化鈦所占比率在80％以上。
23.如權利要求18所述的制備方法，其中所述陶瓷基體為多孔泡沫陶瓷，其常溫彎曲強度大于等于0.5MPa，其氣孔率介于70％和90％之間。
24.如權利要求23所述的制備方法，其中所述多孔泡沫陶瓷的孔數介于5ppi和50ppi之間。
25.如權利要求23所述的制備方法，其中所述多孔泡沫陶瓷的骨格中含有孔。
26.如權利要求18至25中任一項所述的制備方法，在所述步驟1)和步驟2)之間還包括下述步驟，即，取出負載有所述酸根和氧化鈦的陶瓷基體，并將其置于大氣中空氣干燥。
27.如權利要求26所述的制備方法，所述步驟2)中加熱燒結的升溫速度介于10度/小時和400度/小時之間。
28.如權利要求27所述的制備方法，使所述陶瓷基體上的光催化膜具有微米級裂縫。
全文摘要
本發明公開了一種光催化制品及其制備方法。其中，該光催化制品包括陶瓷基體及位于陶瓷基體表面的光催化膜，所述光催化膜含有酸根以及作為主要成分的氧化鈦。本發明提供的制備上述光催化制品的方法至少包括下述步驟1)將陶瓷基體浸泡在含有酸根的氧化鈦溶液中；2)利用低于600攝氏度的溫度對負載有所述酸根和氧化鈦的陶瓷基體進行加熱燒結，從而得到光催化制品。本發明提供的光催化制品具有較高的光催化性能，并且其光催化膜與基體結合牢固而不易脫落。本發明提供的光催化制品的方法具有不提高燒結溫度就可以制備出具有上述特性的光催化制品的優點。
文檔編號B01J32/00GK101024170SQ20071008754
公開日2007年8月29日 申請日期2007年3月30日 優先權日2007年3月30日
發明者黃悅 申請人:黃悅