光催化薄膜的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于光催化技術領域，涉及一種光催化薄膜及其制備，具體涉及一種利用電泳方法制備分散均勻、厚度可控的Bi2O3光催化薄膜。該薄膜可用于光降解水、無水處理、空氣凈化等多領域。
【背景技術】
[0002]半導體光催化劑作為最有潛力的綠色環保材料，一直是近幾十年來研究的熱門。它不僅可作為太陽能電池的電極材料，還可運用于解決污水處理、空氣凈化等環境、民生問題。傳統的光催化劑處理污水的方式是將光催化劑粉末直接分散在污水中，經過一定時間的曝光，光催化劑受到光的激發產生具有還原性的電子和氧化性的空穴，從而將污水中的有機物分解，達到污水凈化的目的。此方法的缺點主要有以下兩點:其一，光催化劑一般是微米或納米粉末，直接分散于水中，難以回收；其二，粉末光催化劑容易對水造成二次污染。這些都限制了光催化劑的進一步推廣應用。
[0003]目前主要的解決方法有磁性材料包覆和光催化劑成膜。成膜的主要方法包括提拉法、氣相沉積法、旋涂法、濺射法、電泳法。以上方法中，電泳法易于實現，操作簡單，其主要難點在于，電鍍液的分散以及電壓的控制。本發明基于上述問題，針對Bi2O3光催化劑成膜方法展開了以下研究。
【發明內容】
[0004]本發明旨在針對上述現有技術中存在的問題，提供一種Bi2O3光催化薄膜的制備方法，通過該方法制備的Bi2O3光催化薄膜，不僅解決了現有光催化劑難以回收、二次污染的問題，而且擴展了光催化劑的應用，實現綠色能源的有效可持續利用。
[0005]為了達到上述目的，本發明采取以下技術方案來實現:
[0006]本發明提供了一種Bi2O3光催化薄膜的制備方法，包括以下步驟:
[0007]SI，制備Bi2O3分散液:將Bi 203、分散劑、成膜助劑、復合劑和溶劑分別按比例混合后球磨至顆粒均勻分散，得到穩定的Bi2O3分散液；其中，Bi 2031 %?8%，分散劑0.1%?1%，成膜助劑0.1%?1%，復合劑0%?2%，余量為溶劑，上述各比例之和為100% ;
[0008]S2，制備Bi2O3光催化薄膜:將兩片電極極片插入到Bi 203分散液中，經電泳，得到Bi2O3光催化薄膜。
[0009]上述制備方法中，步驟SI中采用的分散劑，其目的是使Bi2O3在體系中更好的分散，以有助于電泳成膜。為達到上述目的，可以選用但不限于月桂酰肌氨酸鈉、十二烷基本磺酸鈉、木質素磺酸鈉、羧甲基纖維素鈉中的一種，凡是在本發明的思想指導下，在本領域苯常用表面活性劑中選取的其它分散劑也屬于本發明的保護范圍。
[0010]上述制備方法中，步驟SI中采用的成膜助劑，其目的是便于Bi2O3在正極極片上成膜。為達到上述目的，可以選用但不限于聚四氟乙烯乳液或者魔芋葡甘露聚糖中，凡是在本發明的思想指導下，在本領域常用成膜助劑中選取的其它成膜助劑也屬于本發明的保護范圍。本發明中采用的聚四氟乙烯乳液質量分數為5%，魔芋普甘露聚糖分子量為20萬?120 萬。
[0011]上述制備方法中，步驟SI中采用的復合劑，其目的是促進分散液中各成分的協同作用，增加體系的穩定性，復合劑的該作用與分散液的成分與分散條件有關，因此該復合劑不是必須的。為達到上述目的，可以選用但不限于硝酸、氫氧化鈉、醋酸中的一種，凡是在本發明的思想指導下，在本領域常用復合劑中選取的其它復合劑也屬于本發明的保護范圍。
[0012]上述制備方法中，步驟SI中采用的溶劑，其目的是用于作為分散Bi2O3的體系。該溶劑可以選用但不限于溶劑為水、乙醇、環己醇、丙酮中的一種，凡是在本發明的思想指導下，在本領域常用溶劑中選取的其它溶劑也屬于本發明的保護范圍。
[0013]上述制備方法中，步驟SI中將Bi2O3、分散劑、成膜助劑、復合劑和溶劑分別按比例混合后球磨至顆粒均勻分散，其目的是便于Bi2O3在正極極片上成膜。球磨最佳時間根據球磨分散體系與球磨量而定，球磨至體系穩定分散，顆粒在200nm以下即可。本發明中，設置的球磨時間為I?8h。
[0014]上述制備方法中，步驟S2中電極極片為電泳操作中常用的電極極片，極片材料可以選用但不限于導電玻璃、銅片、碳布中的一種。
[0015]上述制備方法中，步驟S2中電泳操作中的施加電壓和維持時間可以采用常規，其目的是在正極極片上生成Bi2O3薄膜；施加的電壓可以直流電壓也可以是脈沖電壓。施加電壓的大小和施加方式主要影響膜的厚度，成膜速度以及膜的致密性。根據本發明人研究，施加電壓不低于IV，電泳時間可以根據施加電壓和最終設定的Bi2O3光催化薄膜厚度來確定。本發明中的施加電壓為I?72V，電泳時間為2?30min。從成膜效果角度考慮，優選的電泳條件為:施加電壓15?72V。在電泳操作完成后，將正極極片取下，自然風干或烘干即得到Bi2O3光催化薄膜。
[0016]本發明提供的Bi2O3光催化薄膜的制備方法具有以下有益效果:
[0017]1、首先通過本發明提供的方法能夠獲得適于電泳操作的分散液，基于該分散液，可以通過電泳方法獲得Bi2O3光催化薄膜；這是首次通過電泳方法獲得Bi 203光催化薄膜；
[0018]2、制備得到的Bi2O3光催化薄膜致密，不易脫落；
[0019]3、制備工藝簡單，易于操作，制作時間短、效率高，適于工業化生產和應用；
[0020]4、制備得到的Bi2O3光催化薄膜易于回收，且不會造成二次污染。
【附圖說明】
[0021]圖1為實施例1給出的Bi2O3球磨分散前后SEM圖，其中(a)為Bi 203球磨分散前的SEM圖，(b)為Bi2O3球磨分散后的SEM圖。
【具體實施方式】
[0022]為了更好的了解本發明的目的和意義，下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步的說明。
[0023]實施例1
[0024]SI，制備Bi2O3分散液，將Bi2O3、木質素磺酸鈉、聚四氟乙烯乳液、水分別按I %，0.l%,0.5%,98.4%的質量比稱取原料，混合后球磨lh，得到穩定的Bi2O3分散液；
[0025]S2，制備Bi2O3光催化薄膜，將兩片導電玻璃電極極片插入到上述Bi2O3分散液中，施加2V直流電壓，電泳5min，取下正極極片，自然風干，得到Bi2O3光催化薄膜。
[0026]實施例2
[0027]SI，制備Bi2O3分散液，將Bi 203、月桂酰肌氨酸鈉、聚四氟乙烯乳液、水分別按3%，0.4%,0.5%,96.1%的質量比稱取原料，混合后球磨5h，得到穩定的Bi2O3分散液；
[0028]S2，制備Bi2O3光催化薄膜，將兩片碳布電極極片插入到上述Bi2O3分散液中，施加15V直流電壓，電泳15min，取下正極極片，自然風干，得到Bi2O3光催化薄膜。
[0029]實施例3
[0030]SI，制備Bi2O3分散液，將Bi 203、月桂酰肌氨酸鈉、聚四氟乙烯乳液、水分別按8 %，0.4%,1%,90.6%的質量比稱取原料，混合后球磨8h，得到穩定的Bi2O3分散液；
[0031]S2，制備Bi2O3光催化薄膜，將兩片導電玻璃電極極片插入到上述Bi2O3分散液中，施加35V脈沖電壓，電泳25min，取下正極極片，烘干，得到Bi2O3光催化薄膜。
[0032]實施例4
[0033]SI，制備Bi2O3分散液，將Bi 203、月桂酰肌氨酸鈉、聚四氟乙烯乳液、水分別按8%，0.8%,0.8%,90.4%的質量比稱取原料，混合后球磨2h，得到穩定的Bi2O3分散液；