余斌--二氧化钛光催化涂层及自清洁材料应用

2020/2/151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2020/2/1521、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2020/2/1531、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%。2020/2/1541、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(Ｂ)、价带(ＶＢ)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2020/2/1551、二氧化钛光催化及亲水的机理--光催化机理e2020/2/1562、二氧化钛涂层的制备深浙技术Plkington三峡建材耀华中科纳米技术工艺水性纳米溶胶，喷涂或超声雾化四氯化钛，CVD钛酸丁酯溶胶，有机溶剂，提拉四氯化钛，CVD纳米氧化钛加有机涂料，无温度处理制造成本低高高高高环境影响无HCl有机溶剂气体HCl少量有机设备规模小大大大小性能光催化优亲水性好膜硬耐磨光催化优亲水性好膜硬耐磨光催化良亲水性良膜硬耐磨光催化优亲水性好膜硬耐磨光催化优亲水性好耐磨性差2020/2/157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2020/2/158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2020/2/159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2020/2/151001020304001020304050607080光照时间（min）接触角度（°）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。2020/2/1511050100150200250010203040506070ContactAngleSunlightIrradiationTime(min)edcba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。2020/2/1512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2020/2/1513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（coatingsolution）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。2020/2/1514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：NoirradiationUV20min2020/2/1515UV40minUV60min紫外光照对亲水性的影响2020/2/1516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。2020/2/15172、SiO2掺杂离子掺杂TiO2光催化EffectofSiO2contentonthephotocatlayticdecomposingaceticacidofTiO2/SiO2film醋酸浓度×10-4(mol/L)t/min05100306090120(a)(b)(c)(d)5%10%0%20%2020/2/1518TiO2/SiO2复合薄膜超亲水性1、亲水性Schematicchartofcontact-angleofdroplet亲水角θd2020/2/1519TiO2/SiO2复合薄膜超亲水性SiO2content%01020304050Contactangle/(o)1hirradiation10107539Contactangle/(o)Indarkplacefor24hours30161576131、亲水性2020/2/1520TiO2/SiO2复合薄膜超亲水性SiO220%SiO240%,TiO2,2、特征2020/2/1521TiO2-SiO2多层膜亲水性substrateSiO2TiO2SiO2SandwichstructureofTiO2-SiO2multilayerfilms2020/2/1522（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，450~550℃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2020/2/1523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%。2020/2/1524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。2020/2/1525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用的结果•添加不同数量的SiO2，可使TiO2/SiO2复合薄膜具有高的光催化活性和低的亲水性，或者获得相反效果，因而这种薄膜可适应于不同使用目的及环境2020/2/1526结论（5）TiO2-SiO2多层膜亲水性•在TiO2薄膜表面完全覆盖一层SiO2后，薄膜的亲水性及持续效应显著提高