余斌--二氧化钛光催化涂层及自清洁材料应用.ppt

2019/8/8,1,纳米二氧化钛光催化涂层及自清洁材料应用 余斌 深圳大学,2019/8/8,2,1、二氧化钛光催化及亲水的机理,防雾透明,自清洁,镜子表面一旦形成雾膜，反射像变得模糊不清。当水在TiO2薄膜表面的接触角小于15时具有高的水流动性，小于10时有自清洁效果，小于7时有防雾效果。因此高度亲水化表面可起到防止水分子在表面凝聚成小液滴防雾效果。用于浴室的镜子、农用暖房薄膜、仪器仪表的显示屏、汽车交通工具的门窗玻璃及反光镜,2019/8/8,3,1、二氧化钛光催化及亲水的机理,防雾透明,自清洁,建筑、交通运输工具、广告牌、路牌等表面上，雨水会自动将其清洗干净。室内装饰及室内用具，表面达到高度的亲水性而便于清洗，上面吸附的尘埃很容易擦净，非常有利于保持表面的洁净。汽车车身表面涂有这种涂料可减少洗车用水90%。,2019/8/8,4,1、二氧化钛光催化及亲水的机理-光催化机理,半导体被光辐射时将有一个电子从价带激发到导带的同时，在价带中产生一个空穴，这样产生的电子具有还原能力而空穴则具有氧化能力。活泼的电子、空穴可以分别从半导体TiO2的导带()、价带()迁移至TiO2和吸附物两相之间的界面上，而且跃过界面，使吸附物氧化或还原；同时也存在电子、空穴的复合,2019/8/8,5,1、二氧化钛光催化及亲水的机理-光催化机理,2019/8/8,6,2、二氧化钛涂层的制备,2019/8/8,7,纯水性的无机二氧化钛溶胶，钛含量在2-10%，溶胶粒子的粒径分布范围5-50nm，并可加水任意稀释，中性，PH值为7-8，透明，存放稳定，可采用喷涂、雾化等方法涂膜，低温（300-500度）温度处理即能得到具有优良性能氧化钛涂层，具备光催化特性，经过光照后，具有优异的超亲水性的特点。,2、二氧化钛涂层的制备 纯水性的钛溶胶制备优点,2019/8/8,8,深大与浙大共同就自清洁玻璃的生产在实验室范围进行了模拟性的制造，结果表明采用共同合作的涂膜技术，完全可以将由深圳大学研究出来的二氧化钛涂液在实际的玻璃生产线上进行规模生产，具有成品率高，速度快，成本低，性能好的特点，可进行离在线制造，投资与成本将大幅度下降。,2、二氧化钛涂层的制备 纯水性的钛溶胶技术特点,2019/8/8,9,部分结果： 室外自然光照后涂层喷水后的效果：右-涂层，左 -无涂层。,2、二氧化钛涂层的制备 纯水性的钛溶胶薄膜效果,六个月后的使用效果,2019/8/8,10,紫外灯光照接触角度的变化,当安装完成后, 玻璃表面的膜层需要4至7天时间来激活。,2019/8/8,11,太阳光照水接触角的变化 (涂层处理温度: a-100, b-200, c-300, d-400, e-500),高速公路的玻璃墙的长期使用效果，左-涂层， 右-无涂层。,2019/8/8,12,自洁玻璃 二氧化钛在太阳光或紫外光照射下，会产生超亲水性能，亲水角可达0到5度，使得玻璃在自然条件下具有良好的清洗性，表面的有机杂物在光照和钛的作用下得到逐步分解。,建筑材料 常见在建材上的应用包括有：建筑物的外墙、磁砖、地砖及卫浴设备等。光触媒掺入卫浴设备时可具防污、抗菌的效果；光触媒涂布于磁砖上，具有抗菌及防滑之功效；于其它于建材上的应用，还包括隧道中之空气清净及防污、医院手术室中杀菌地砖等。,建材上的应用和性能体现,2019/8/8,13,染颜料涂层 光触媒涂层的开发属光触媒应用产业的上、中游，提供一稳定、安定，并与resin等搭配应用等，在日本已上市相关商品包括有粉末、覆膜溶液（coating solution）等。 空气清净装置 此类的应用多半与室内家具，如家电类、灯具等，或是汽车等较为封闭性之空间做一搭配。 其它 除了上述利用光触媒之空气清净、自清、防污、抗菌等功能的应用产品外， 另外光触媒薄膜具有超亲水性质，亦被利用于汽车后视镜之除水、防雾的功能上。,2019/8/8,14,紫外光照对亲水性的影响,以钢化涂层玻璃为例，其角度变化过程是：,No irradiation,UV 20min,2019/8/8,15,UV 40min,UV 60min,紫外光照对亲水性的影响,2019/8/8,16,紫外光照对亲水性的影响,结论： 在紫外光照下，普通玻璃的亲水角变化不大，TiO2涂层玻璃的亲水角迅速减小至0； 室温、100、200、300、400、500和钢化处理的TiO2涂层的亲水角的减小速度是加快的。 故TiO2涂层的亲水性是由紫外光照引起的，且其亲水性能随涂层处理温度的升高而增强。,2019/8/8,17,2、 SiO2掺杂,离子掺杂TiO2光催化,Effect of SiO2 content on the photocatlaytic decomposing acetic acid of TiO2/SiO2 film,醋酸浓度10-4(mol/L),t/min,2019/8/8,18,TiO2/SiO2复合薄膜 超亲水性,1、亲水性,Schematic chart of contact-angle of droplet,亲水角,2019/8/8,19,TiO2/SiO2复合薄膜 超亲水性,1、亲水性,2019/8/8,20,TiO2/SiO2复合薄膜 超亲水性,2、特征,2019/8/8,21,TiO2-SiO2多层膜亲水性,substrate,Sandwich structure of TiO2-SiO2 multilayer films,2019/8/8,22,（1）TiO2溶胶的制备、薄膜的完整性、与基体的结合强度及光催化性能关系 通过控制烧结工艺可有效控制薄膜的开裂，保证薄膜与基体的结合强度。薄膜的光催化活性与烧结温度有关，450550烧结时光催化活性最高。薄膜的最佳结合强度与最高光催化活性的烧结温度不同，可以通过对TiO2改性使其二者的最佳烧结温度趋于相近。,结论,2019/8/8,23,结论,（2）稀土离子及SiO2掺杂的TiO2薄膜光催化活性,少量氧化镧和氧化铈及SiO2掺杂可有效提高的二氧化钛薄膜的光催化活性，其中稀土元素最佳掺杂量的原子比（稀土原子与钛原子）均为4%，SiO2最佳掺杂量为10mol%。,2019/8/8,24,结论,（3）TiO2/SiO2复合薄膜的亲水性,在TiO2薄膜中添加SiO2，亲水性及亲水持续效应显著提高，SiO2最佳引入量约为20% 加入SiO2后复合薄膜表面酸性提高形成Lewis酸，羟基含量增多且稳定，可提高TiO2薄膜的超亲水特性 添加稀土Ce2O3及La2O3后，薄膜表面的羟基含量及氧空穴增多，薄膜的超亲水特性进一步提高。,2019/8/8,25,结论,（4）TiO2/SiO2复合薄膜表面光催化活性和亲水性关系,光催化和亲水性具有相互促进的作用 表面自清洁效应是光催化和亲水性协同作