余斌-二氧化鈦光催化涂層及自清潔材料應(yīng)用課件

納米二氧化鈦光催化涂層及自清潔材料應(yīng)用余斌深圳大學(xué)

8/5/20231納米二氧化鈦光催化涂層及自清潔材料應(yīng)用7/25/2021、二氧化鈦光催化及親水的機(jī)理防霧透明自清潔鏡子表面一旦形成霧膜，反射像變得模糊不清。當(dāng)水在TiO2薄膜表面的接觸角小于15°時(shí)具有高的水流動(dòng)性，小于10°時(shí)有自清潔效果，小于7°時(shí)有防霧效果。因此高度親水化表面可起到防止水分子在表面凝聚成小液滴防霧效果。用于浴室的鏡子、農(nóng)用暖房薄膜、儀器儀表的顯示屏、汽車(chē)交通工具的門(mén)窗玻璃及反光鏡

8/5/202321、二氧化鈦光催化及親水的機(jī)理防霧透明自清潔鏡子表面一旦形成1、二氧化鈦光催化及親水的機(jī)理防霧透明自清潔建筑、交通運(yùn)輸工具、廣告牌、路牌等表面上，雨水會(huì)自動(dòng)將其清洗干凈。室內(nèi)裝飾及室內(nèi)用具，表面達(dá)到高度的親水性而便于清洗，上面吸附的塵埃很容易擦凈，非常有利于保持表面的潔凈。汽車(chē)車(chē)身表面涂有這種涂料可減少洗車(chē)用水90%。8/5/202331、二氧化鈦光催化及親水的機(jī)理防霧透明自清潔建筑、交通運(yùn)輸工1、二氧化鈦光催化及親水的機(jī)理--光催化機(jī)理半導(dǎo)體被光輻射時(shí)將有一個(gè)電子從價(jià)帶激發(fā)到導(dǎo)帶的同時(shí)，在價(jià)帶中產(chǎn)生一個(gè)空穴，這樣產(chǎn)生的電子具有還原能力而空穴則具有氧化能力?；顫姷碾娮印⒖昭梢苑謩e從半導(dǎo)體TiO2的導(dǎo)帶(Ｂ)、價(jià)帶(ＶＢ)遷移至TiO2和吸附物兩相之間的界面上，而且躍過(guò)界面，使吸附物氧化或還原；同時(shí)也存在電子、空穴的復(fù)合8/5/202341、二氧化鈦光催化及親水的機(jī)理--光催化機(jī)理半導(dǎo)體被光輻射時(shí)1、二氧化鈦光催化及親水的機(jī)理--光催化機(jī)理e8/5/202351、二氧化鈦光催化及親水的機(jī)理--光催化機(jī)理e7/25/202、二氧化鈦涂層的制備

深浙技術(shù)Plkington三峽建材耀華中科納米技術(shù)工藝水性納米溶膠，噴涂或超聲霧化四氯化鈦，CVD鈦酸丁酯溶膠，有機(jī)溶劑，提拉四氯化鈦，CVD納米氧化鈦加有機(jī)涂料，無(wú)溫度處理制造成本低高高高高環(huán)境影響無(wú)HCl有機(jī)溶劑氣體HCl少量有機(jī)設(shè)備規(guī)模小大大大小性能光催化優(yōu)親水性好膜硬耐磨光催化優(yōu)親水性好膜硬耐磨光催化良親水性良膜硬耐磨光催化優(yōu)親水性好膜硬耐磨光催化優(yōu)親水性好耐磨性差8/5/202362、二氧化鈦涂層的制備

深浙技術(shù)Plkington三峽建材純水性的無(wú)機(jī)二氧化鈦溶膠，鈦含量在2-10%，溶膠粒子的粒徑分布范圍5-50nm，并可加水任意稀釋?zhuān)行?，PH值為7-8，透明，存放穩(wěn)定，可采用噴涂、霧化等方法涂膜，低溫（300-500度）溫度處理即能得到具有優(yōu)良性能氧化鈦涂層，具備光催化特性，經(jīng)過(guò)光照后，具有優(yōu)異的超親水性的特點(diǎn)。2、二氧化鈦涂層的制備純水性的鈦溶膠制備優(yōu)點(diǎn)8/5/20237純水性的無(wú)機(jī)二氧化鈦溶膠，鈦含量在2-10%，溶膠粒深大與浙大共同就自清潔玻璃的生產(chǎn)在實(shí)驗(yàn)室范圍進(jìn)行了模擬性的制造，結(jié)果表明采用共同合作的涂膜技術(shù)，完全可以將由深圳大學(xué)研究出來(lái)的二氧化鈦涂液在實(shí)際的玻璃生產(chǎn)線(xiàn)上進(jìn)行規(guī)模生產(chǎn)，具有成品率高，速度快，成本低，性能好的特點(diǎn)，可進(jìn)行離在線(xiàn)制造，投資與成本將大幅度下降。

2、二氧化鈦涂層的制備純水性的鈦溶膠技術(shù)特點(diǎn)8/5/20238深大與浙大共同就自清潔玻璃的生產(chǎn)在實(shí)驗(yàn)室范圍進(jìn)行了模部分結(jié)果：

室外自然光照后涂層噴水后的效果：右-涂層，左-無(wú)涂層。

2、二氧化鈦涂層的制備純水性的鈦溶膠薄膜效果

六個(gè)月后的使用效果

8/5/20239部分結(jié)果：2、二氧化鈦涂層的制備六個(gè)月后的使用效果7/2紫外燈光照接觸角度的變化當(dāng)安裝完成后,玻璃表面的膜層需要4至7天時(shí)間來(lái)激活。

8/5/202310紫外燈光照接觸角度的變化當(dāng)安裝完成后,玻璃表面的膜層需要4太陽(yáng)光照水接觸角的變化(涂層處理溫度℃:a-100,b-200,c-300,d-400,e-500)高速公路的玻璃墻的長(zhǎng)期使用效果，左-涂層，

右-無(wú)涂層。

8/5/202311太陽(yáng)光照水接觸角的變化(涂層處理溫度℃:a-100,b

自潔玻璃二氧化鈦在太陽(yáng)光或紫外光照射下，會(huì)產(chǎn)生超親水性能，親水角可達(dá)0到5度，使得玻璃在自然條件下具有良好的清洗性，表面的有機(jī)雜物在光照和鈦的作用下得到逐步分解。

建筑材料常見(jiàn)在建材上的應(yīng)用包括有：建筑物的外墻、磁磚、地磚及衛(wèi)浴設(shè)備等。光觸媒摻入衛(wèi)浴設(shè)備時(shí)可具防污、抗菌的效果；光觸媒涂布于磁磚上，具有抗菌及防滑之功效；于其它于建材上的應(yīng)用，還包括隧道中之空氣清凈及防污、醫(yī)院手術(shù)室中殺菌地磚等。

建材上的應(yīng)用和性能體現(xiàn)8/5/202312

自潔玻璃建筑材料建材上的應(yīng)用和性染顏料涂層光觸媒涂層的開(kāi)發(fā)屬光觸媒應(yīng)用產(chǎn)業(yè)的上、中游，提供一穩(wěn)定、安定，并與resin等搭配應(yīng)用等，在日本已上市相關(guān)商品包括有粉末、覆膜溶液（coatingsolution）等。空氣清凈裝置

此類(lèi)的應(yīng)用多半與室內(nèi)家具，如家電類(lèi)、燈具等，或是汽車(chē)等較為封閉性之空間做一搭配。其它除了上述利用光觸媒之空氣清凈、自清、防污、抗菌等功能的應(yīng)用產(chǎn)品外，另外光觸媒薄膜具有超親水性質(zhì)，亦被利用于汽車(chē)后視鏡之除水、防霧的功能上。8/5/202313染顏料涂層7/25/202313紫外光照對(duì)親水性的影響以鋼化涂層玻璃為例，其角度變化過(guò)程是：Noirradiation

UV20min8/5/202314紫外光照對(duì)親水性的影響以鋼化涂層玻璃為例，其角度變化過(guò)程是：UV40minUV60min紫外光照對(duì)親水性的影響8/5/202315UV40minUV60min紫外光照對(duì)親水性的影響7/2紫外光照對(duì)親水性的影響結(jié)論：在紫外光照下，普通玻璃的親水角變化不大，TiO2涂層玻璃的親水角迅速減小至0；室溫、100℃、200℃、300℃、400℃、500℃和鋼化處理的TiO2涂層的親水角的減小速度是加快的。故TiO2涂層的親水性是由紫外光照引起的，且其親水性能隨涂層處理溫度的升高而增強(qiáng)。8/5/202316紫外光照對(duì)親水性的影響結(jié)論：7/25/2023162、SiO2摻雜離子摻雜TiO2光催化EffectofSiO2contentonthephotocatlayticdecomposingaceticacidofTiO2/SiO2film

醋酸濃度×10-4(mol/L)t/min5%10%0%20%8/5/2023172、SiO2摻雜離子摻雜TiO2光催化Effectof

TiO2/SiO2復(fù)合薄膜超親水性1、親水性Schematicchartofcontact-angleofdroplet

親水角θd8/5/202318TiO2/SiO2復(fù)合薄膜超親水性1、親水性Schema

TiO2/SiO2復(fù)合薄膜超親水性SiO2content%

01020304050Contactangle/(o)1hirradiation10107539Contactangle/(o)Indarkplacefor24hours30161576131、親水性8/5/202319TiO2/SiO2復(fù)合薄膜超親水性SiO2conten

TiO2/SiO2復(fù)合薄膜超親水性SiO220%SiO240%,TiO2

,2、特征8/5/202320TiO2/SiO2復(fù)合薄膜超親水性SiO220%SiO

TiO2-SiO2多層膜親水性substrateSiO2TiO2SiO2SandwichstructureofTiO2-SiO2multilayerfilms8/5/202321TiO2-SiO2多層膜親水性substrateSiO2（1）TiO2溶膠的制備、薄膜的完整性、與基體的結(jié)合強(qiáng)度及光催化性能關(guān)系通過(guò)控制燒結(jié)工藝可有效控制薄膜的開(kāi)裂，保證薄膜與基體的結(jié)合強(qiáng)度。薄膜的光催化活性與燒結(jié)溫度有關(guān)，450~550℃燒結(jié)時(shí)光催化活性最高。薄膜的最佳結(jié)合強(qiáng)度與最高光催化活性的燒結(jié)溫度不同，可以通過(guò)對(duì)TiO2改性使其二者的最佳燒結(jié)溫度趨于相近。結(jié)論8/5/202322（1）TiO2溶膠的制備、薄膜的完整性、與基體的結(jié)合強(qiáng)度及光結(jié)論（2）稀土離子及SiO2摻雜的TiO2薄膜光催化活性少量氧化鑭和氧化鈰及SiO2摻雜可有效提高的二氧化鈦薄膜的光催化活性，其中稀土元素最佳摻雜量的原子比（稀土原子與鈦原子）均為4%，SiO2最佳摻雜量為10mol%。

8/5/202323結(jié)論（2）稀土離子及SiO2摻雜的TiO2薄膜光催化活性7/結(jié)論（3）TiO2/SiO2復(fù)合薄膜的親水性在TiO2薄膜中添加SiO2，親水性及親水持續(xù)效應(yīng)顯著提高，SiO2最佳引入量約為20%加入SiO2后復(fù)合薄膜表面酸性提高形成Lewis酸，羥基含量增多且穩(wěn)定，可提高TiO2薄膜的超親水特性添加稀土Ce2O3及La2O3后，薄膜表面的羥基含量及氧空穴增多，薄膜的超親水特性進(jìn)一步提高。

8/5/202324結(jié)論（3）TiO2/SiO2復(fù)合薄膜的親水性7/25/20結(jié)論（4）TiO2/SiO2復(fù)合薄膜表面光催化活性和親水性關(guān)系光催化和親水性具有相互促進(jìn)的作用表面自清潔效應(yīng)是光催化和親水性協(xié)同作用的結(jié)果

添加不同數(shù)量的Si