余斌二氧化钛光催化涂层及自清洁材料应用.pptx

2024/4/1 周一1 纳米二氧化钛光催化涂层及纳米二氧化钛光催化涂层及自清洁材料应用自清洁材料应用余斌余斌深圳大学深圳大学 2024/4/1 周一21、二氧化钛光催化及亲水的机理防雾透明防雾透明自清洁自清洁镜子表面一旦形成雾膜，反射像变得镜子表面一旦形成雾膜，反射像变得模糊不清。当水在模糊不清。当水在TiO2薄膜表面的接薄膜表面的接触角小于触角小于15时具有高的水流动性，小时具有高的水流动性，小于于10时有自清洁效果，小于时有自清洁效果，小于7时有防时有防雾效果。因此高度亲水化表面可起到雾效果。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、汽车交通工膜、仪器仪表的显示屏、汽车交通工具的门窗玻璃及反光镜具的门窗玻璃及反光镜 2024/4/1 周一31、二氧化钛光催化及亲水的机理防雾透明防雾透明自清洁自清洁建筑、交通运输工具、广告牌、建筑、交通运输工具、广告牌、路牌等表面上，雨水会自动将路牌等表面上，雨水会自动将其清洗干净。室内装饰及室内其清洗干净。室内装饰及室内用具，表面达到高度的亲水性用具，表面达到高度的亲水性而便于清洗，上面吸附的尘埃而便于清洗，上面吸附的尘埃很容易擦净，非常有利于保持很容易擦净，非常有利于保持表面的洁净。汽车车身表面涂表面的洁净。汽车车身表面涂有这种涂料可减少洗车用水有这种涂料可减少洗车用水90%。2024/4/1 周一41、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2024/4/1 周一51、二氧化钛光催化及亲水的机理-光催化机理e2024/4/1 周一62、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2024/4/1 周一7 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 2024/4/1 周一8 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2024/4/1 周一9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2024/4/1 周一10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。2024/4/1 周一11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。2024/4/1 周一12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2024/4/1 周一13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（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。2024/4/1 周一14紫外光照对亲水性的影响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 20min2024/4/1 周一15UV 40minUV 60min紫外光照对亲水性的影响紫外光照对亲水性的影响2024/4/1 周一16紫外光照对亲水性的影响紫外光照对亲水性的影响结论：结论：l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；l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。l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。2024/4/1 周一172、SiO2掺杂 离子掺杂TiO2光催化Effect of SiO2content on the photocatlayticdecomposingaceticacidofTiO2/SiO2film醋酸浓度10-4(mol/L)t/min5%10%0%20%2024/4/1 周一18 TiO2/SiO2复合薄膜 超亲水性1、亲水性Schematicchartofcontact-angleofdroplet亲水角d2024/4/1 周一19 TiO2/SiO2复合薄膜 超亲水性SiO2 content%01020304050Contact angle/(o)1h irradiation10107539Contact angle/(o)In dark place for 24 hours30161576131、亲水性2024/4/1 周一20 TiO2/SiO2复合薄膜 超亲水性SiO220%SiO240%,TiO2,2、特征2024/4/1 周一21 TiO2-SiO2多层膜亲水性substrateSiO2TiO2SiO2Sandwich structure of TiO2-SiO2multilayerfilms2024/4/1 周一22（1）TiOTiO2 2溶胶的制备、薄膜的完整性、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与基体的结合强度及光催化性能关系通通过过控控制制烧烧结结工工艺艺可可有有效效控控制制薄薄膜膜的的开开裂裂，保保证证薄薄膜膜与与基基体体的的结结合合强强度度。薄薄膜膜的的 光光 催催 化化 活活 性性 与与 烧烧 结结 温温 度度 有有 关关，45055050550烧烧结结时时光光催催化化活活性性最最高高。薄薄膜膜的的最最佳佳结结合合强强度度与与最最高高光光催催化化活活性性的的烧烧结结温温度度不不同同，可可以以通通过过对对TiOTiO2 2改改性性使使其其二者的最佳烧结温度趋于相近。二者的最佳烧结温度趋于相近。结论2024/4/1 周一23结论（2）稀稀土离子土离子及及SiOSiO2 2掺杂的掺杂的TiOTiO2 2薄薄膜光催膜光催化活性化活性少量氧化镧和氧化铈及少量氧化镧和氧化铈及SiO2掺杂可有效提高的二掺杂可有效提高的二氧化钛薄膜的光催化活性，氧化钛薄膜的光催化活性，其中稀土元素最佳掺杂量其中稀土元素最佳掺杂量的原子比（稀土原子与钛的原子比（稀土原子与钛原子）均为原子）均为4%，SiO2最最佳掺杂量为佳掺杂量为10mol%。2024/4/1 周一24结论（3）TiO2/SiO2复合复合薄膜的亲薄膜的亲水性水性 在在TiOTiO2 2薄薄膜膜中中添添加加SiOSiO2 2，亲亲水水性性及及亲亲水水持持续续效效应应显显著著提提高高，SiOSiO2 2最佳引入量约为最佳引入量约为20%20%加加入入SiOSiO2 2后后复复合合薄薄膜膜表表面面酸酸性性提提高高形形成成LewisLewis酸酸，羟羟基基含含量量增增多多且且稳稳定定，可可提提高高TiOTiO2 2薄薄膜膜的的超超亲水特性亲水特性添加稀土添加稀土Ce2O3及及La2O3后，薄后，薄膜表面的羟基含量及氧空穴增多，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。薄膜的超亲水特性进一步提高。2024/4/1 周一25结论（4）TiO2/SiO2复复合薄膜表合薄膜表面光催化面光催化活性和亲活性和亲水性关系水性关系 光光催催化化和和亲亲水水性性具具有有相相互互促促进进的作用的作用表表面面自自清清洁洁效效应应是是光光催催化化和和亲亲水性协同作用的结果水性协同作用的结果 添添加加不不同同数数量量的的SiOSiO2 2，可可使使TiOTiO2 2/SiO/SiO2 2复复合合薄薄膜膜具具有有高高的的光光催催化化活活性性和和低低的的亲亲水水性性，或或者者获获得得相相反反效效果果，因因而而这这种种薄薄膜膜可可适适应于不同使用目的及环境应于不同使用目的及环境 2024/4/1 周一26结论（5）TiOTiO2 2-SiO-SiO2 2多层多层膜亲水性膜亲水性在在TiOTiO2 2薄薄膜膜表表面面完完全全覆覆盖盖一一层层SiOSiO2 2后后，薄薄膜膜的的亲亲水水性性及及持持续续效效应显著提高应显著提高