採用化學鍍鎳銅磷合金固載改性納米二氧化鈦的方法
2023-10-18 00:21:49
專利名稱：採用化學鍍鎳銅磷合金固載改性納米二氧化鈦的方法
技術領域：
本發明涉及納米材料製備技術，具體為採用電泳與化學鍍鎳銅磷合金複合處理方法，解決改性納米二氧化鈦在溶液中光催化時的固載問題。
背景技術：
在半導體光催化材料中，二氧化鈦Ti02具有良好的生物和化學惰性、較強的氧化性能、成本低廉等特點。二氧化鈦Ti02是寬禁帶n型半導體材料，若受到能量大於其禁帶寬度光的照射，價帶上的電子(e—)就會被激發到導帶，在價帶上產生相應的空穴(h+)，帶負電的電於和帶正電的空穴與吸附在半導體表面的水仏0及氧02發生反應，生成活性基團如*02—和，OH，它們有強大的氧化分解能力，從而能夠分解、清除附著在二氧化鈦Ti02表面的各種有機物，這就是二氧化鈦Ti02的光催化作用及在其他一些方面應用的基礎。由於納米二氧化鈦Ti02其粒徑小，比表面積大，空穴和電子從晶體內部遷移到表面的時間大大縮短，從而降低光生電子和空穴的複合機率，因此納米二氧化鈦Ti02比普通的納米二氧化鈦Ti02有更高的催化活性。
由於納米粉體容易團聚，在溶液中不容易回收，納米粉體的固載是解決其應用的關鍵技術。在現有的技術中，有以各種吸附劑如矽膠、活性炭等，這種方法在溶液中直接使用以懸浮體系進行，仍然存在反應後濾除光催化劑的不便；高聚物載體本身可以被納米二氧化鈦Ti02光降解，只能短期使用；各種玻璃載體雖然透光性能好，但存在附著性能差的問題；陶瓷載體透光性能差，且孔徑與催化劑顆粒大小不易匹配；不鏽鋼做載體時Fe"、 Cr3+離子容易進入納米二氧化鈦Ti02層，破壞其晶格，降低催化活性，且納米二氧化鈦Ti02層與金屬載體間結合性能較差。在化學鍍鎳銅磷合金鍍液中加入納米二氧化鈦Ti02顆粒，使鎳銅磷合金與納米二氧化鈦Ti02顆粒共沉積到金屬或非金屬基體上，是解決納米二氧化鈦Ti02固載的重要途徑，但該方法獲得的共沉積層中納米二氧化鈦Ti02含量較低，影響了使用效果。
本發明利用電泳工藝首先在金屬基體上沉積一層納米二氧化鈦Ti02，然後讓化學鍍鎳銅磷合金溶液在納米二氧化鈦Ti02顆粒縫隙之間起反應，實現對納米二氧化鈦Ti02顆粒的固載，並提高共沉積層中納米二氧化鈦Ti02含量。
發明內容
為了使複合鍍層中改性納米二氧化鈦Ti02的體積含量達70%以上，使複合鍍層與金屬基體間結合良好，可應用於溶液中進行的光催化反應，本發明提供一種採用化學鍍鎳銅磷合金固載改性納米二氧化鈦的方法。
實現上述目的的技術方案如下-
採用化學鍍鎳銅磷合金固載改性納米二氧化鈦的方法包括以下操作步驟
A、 取銅片或鎳片，在丙酮中超聲清洗5分鐘，取出在室溫下在空氣中乾燥；
B、 取平均粒徑為15-25nm的摻雜納米二氧化鈦3-8克，加入500毫升丙酮中，超聲波攪拌30分鐘，製得溶液l;
C、 將石墨電極和銅片浸沒在裝有溶液1的玻璃器皿中，用石墨做陽極，並使銅片或鎳片與石墨平行，在電極間電壓為50-65V/cm，電流0. 5-lmA條件下電泳1分鐘，在銅片或鎳片上獲得摻雜納米二氧化鈦塗層；
D、 配製化學鍍鎳銅磷合金溶液取硫酸鎳15 25克/升、硫酸銅5 10克/升、次亞磷酸鈉10 40克/升、檸檬酸三鈉30 50克/升、乙酸鈉10 30克/升，調節PH值至3-5.5;
E、 將化學鍍鎳銅磷合金溶液溶液加熱至25-5(TC，將塗覆摻雜納米二氧化鈦塗層的銅片或鎳片放入鎳銅磷合金溶液，3-4小時，即在銅片或鎳片上得到鎳磷合金固載的摻雜納米二氧化鈦複合鍍層；
所述摻雜納米二氧化鈦為鋅摻雜納米二氧化鈦或鈷摻雜納米二氧化鈦或鈰摻雜納米二氧化鈦。
本發明的原理之一是，在膠體溶液中，改性納米二氧化鈦Ti02顆粒帶有正電荷；在電場作用下，改性納米二氧化鈦Ti02顆粒向陰極移動，並在陰極釋放電荷，從而在陰極試樣上沉積。
本發明的原理之二是，在具有自催化的表面上，次亞磷酸鈉可以將鎳離子還原成金屬鎳，在此過程中次亞磷酸鈉會分解出磷，同時銅離子也會還原成金屬銅，形成鎳的固溶體。當沉積有改性納米二氧化鈦Ti02顆粒的金屬基體置入化學鍍鎳銅磷合金溶液中時，溶液會通過改性納米二氧化鈦Ti02顆粒的空隙與金屬基體接觸，產生自催化反應而生成鎳銅磷合金，由於鎳銅磷合金本身也具有自催化作用，故反應可持續進行，生成鎳銅磷合金/改性納米二氧化鈦Ti02複合鍍層，實現鎳銅磷合金對改性納米二氧化鈦Ti02
4顆粒的固載。
本發明的有益效果是-
1. 利用電泳工藝在基體上獲得均勻的改性納米二氧化鈦Ti02沉積層，採用化學鍍鎳銅磷工藝實現對改性納米二氧化鈦Ti02的固載，易於控制。
2. 本發明適合各種改性納米二氧化鈦Ti02，如鋅摻雜納米二氧化鈦Ti02、鈷摻雜納米二氧化鈦Ti02、鈰摻雜納米二氧化鈦Ti02的固載，適用範圍廣。
3. 本發明所獲得複合鍍層中改性納米二氧化鈦的體積含量達70%以上，且與金屬基體間結合良好，由於鎳銅磷合金耐蝕性較好，固載後在溶液中光降解效果好。經紫外光照射2小時，利用本方法製得的樣品對10rag/升的甲基橙溶液光催化降解率達40 60%。
具體實施方式
實施例1:
化學鍍鎳銅磷合金固載改性納米二氧化鈦的方法包括以下操作步驟
將尺寸為20X30X 1. 5mra紫銅片用碳化矽砂紙打磨後，在丙酮中超聲清洗5分鐘，取出在室溫下在空氣中乾燥。將銅片放入1%的氯化亞錫溶液中浸漬1分鐘，用水衝洗後，浸入O. 1%的氯化鈀溶液中30秒，水洗後晾乾備用。
稱取平均粒徑為20nm鋅摻雜納米二氧化鈦3克，加入500毫升丙酮中，超聲波攪拌30分鐘，製得溶液A。
將石墨電極和銅片浸沒在裝有溶液A的玻璃器皿中，用石墨做陽極，並使銅片與石墨平行，在電極間電壓為65V/cm，電流lraA條件下電泳l分鐘，獲得鋅摻雜納米二氧化鈦塗層。
配製化學鍍鎳銅磷合金溶液，硫酸鎳25克/升；硫酸銅10克/升；次亞磷酸鈉40克/升；檸檬酸三鈉50克/升；乙酸鈉30克/升，調節PH值至5.5。
將鍍鎳銅磷合金溶液加熱至25°C，將塗覆鋅摻雜納米二氧化鈦塗層的銅片放入化學鍍鎳銅磷合金溶液，4小時，即得到鎳磷合金固載的鋅摻雜納米二氧化鈦複合鍍層。
實施例2:
化學鍍鎳銅磷合金固載改性納米二氧化鈦的方法包括以下操作步驟將尺寸為20X30X2腿鎳片用碳化矽砂紙打磨後，在丙酮中超聲清洗5分鐘，取出
在室溫下在空氣中乾燥。
稱取平均粒徑為25nm鈷摻雜納米二氧化鈦8克，加入500毫升丙酮中，超聲波攪
5拌30分鐘，製得溶液B。
將石墨電極和銅片浸沒在裝有溶液B的玻璃器皿中，用石墨做陽極，並使鎳片與石墨平行，在電極間電壓為50V/cm，電流O. 5mA條件下電泳1分鐘，獲得鈷摻雜納米二氧化鈦沉積層。
配製化學鍍鎳銅磷合金溶液，硫酸鎳15克/升；硫酸銅5克/升；次亞磷酸鈉10克/升；檸檬酸三鈉30克/升；乙酸鈉25克/升，調節PH值至4.0。
將鍍鎳銅磷合金溶液加熱至4(TC，將塗覆鈷摻雜納米二氧化鈦沉積層的鎳片放入化學鍍鎳銅磷合金溶液，3小時，即得到鎳銅磷合金固載的鈷摻雜納米二氧化鈦複合鍍層。
實施例3:
與實施例2不同之處在於，採用平均粒徑為15nm的鈰摻雜納米二氧化鈦粉體；配製化學鍍鎳銅磷合金溶液，硫酸鎳15克/升；硫酸銅10克/升；次亞磷酸鈉30克/升；擰檬酸三鈉40克/升；乙酸鈉10克/升，調節ra值至3.0。將溶液加熱至5(TC。將塗覆稀土鈰摻雜納米二氧化鈦沉積層的鎳片放入化學鍍鎳銅磷合金溶液，3小時，即得到鎳銅磷合金固載的鈰慘雜納米二氧化鈦複合鍍層。
權利要求
1、採用化學鍍鎳銅磷合金固載改性納米二氧化鈦的方法，其特徵在於包括以下操作步驟A、取銅片或鎳片，在丙酮中超聲清洗5分鐘，取出在室溫下在空氣中乾燥；B、取平均粒徑為15-25nm的摻雜納米二氧化鈦3-8克，加入500毫升丙酮中，超聲波攪拌30分鐘，製得溶液1；C、將石墨電極和銅片浸沒在裝有溶液1的玻璃器皿中，用石墨做陽極，並使銅片或鎳片與石墨平行，在電極間電壓為50-65V/cm，電流0.5-1mA條件下電泳1分鐘，在銅片或鎳片上獲得摻雜納米二氧化鈦塗層；D、配製化學鍍鎳銅磷合金溶液取硫酸鎳15～25克/升、硫酸銅5～10克/升、次亞磷酸鈉10～40克/升、檸檬酸三鈉30～50克/升、乙酸鈉10～30克/升，調節PH值至3-5.5；E、將化學鍍鎳銅磷合金溶液溶液加熱至25-50℃，將塗覆摻雜納米二氧化鈦塗層的銅片或鎳片放入鎳銅磷合金溶液，3-4小時，即在銅片或鎳片上得到鎳磷合金固載的摻雜納米二氧化鈦複合鍍層；所述摻雜納米二氧化鈦為鋅摻雜納米二氧化鈦或鈷摻雜納米二氧化鈦或鈰摻雜納米二氧化鈦。
2、 根據權利要求1所述的採用化學鍍鎳銅磷合金固載改性納米二氧化鈦的方法， 其特徵在於化學鍍鎳銅磷合金溶液由下列重量配比的原料組成取硫酸鎳25克/升、硫 酸銅10克/升、次亞磷酸鈉40克/升、檸檬酸三鈉50克/升、乙酸鈉30克/升，用氨水 調節PH值至5.5。
全文摘要
本發明涉及採用化學鍍鎳銅磷合金固載改性納米二氧化鈦的方法，解決了使複合鍍層中改性納米二氧化鈦TiO2的體積含量達70％以上，使複合鍍層與金屬基體間結合良好，可應用於溶液中進行的光催化反應。具體的技術方案是首先配製含有6～16克/升改性納米二氧化鈦TiO2丙酮溶液，採用電泳工藝在銅或鎳基體上沉積一層改性納米二氧化鈦TiO2顆粒，然後將具有摻雜納米二氧化鈦沉積層的銅片或鎳片置入化學鍍鎳銅磷合金溶液，經過一段時間後，製備出鎳銅磷合金/改性納米二氧化鈦TiO2複合鍍層，實現對的改性納米二氧化鈦TiO2固載。本發明一方面實現對納米二氧化鈦TiO2顆粒的固載，另一方面提高了共沉積層中納米二氧化鈦TiO2含量。
文檔編號C23C28/00GK101476123SQ200910116178
公開日2009年7月8日 申請日期2009年2月6日 優先權日2009年2月6日
發明者吳玉程, 朱紹峰, 黃新民 申請人:合肥工業大學