一種防霧自潔淨玻璃及其製備方法

2023-10-18 05:51:14 4

一種防霧自潔淨玻璃及其製備方法
【專利摘要】本發明公開一種防霧自潔淨玻璃及其製備方法，所述的防霧自潔淨玻璃包括玻璃基體和其上通過浸漬提拉法得到的防霧自清潔薄膜，所述的防霧自清潔薄膜優選為厚度為50-300nm的透明的TiO2薄膜；所述的TiO2薄膜，即納米α-Fe2O3對TiO2進行摻雜所得，其中Fe的摻雜比例，按摩爾比計算，即Fe：Ti為1.05-1.25：100。其製備方法即首先採用溶液-凝膠法製備出鈦醇鹽凝膠，然後通過浸漬提拉法將其塗覆在潔淨的玻璃基體表面形成均勻透明的TiO2薄膜，即得防霧自潔淨玻璃。該防霧自潔淨玻璃具有較高的光催化活性、超強的親水性、殺菌能力及防霧和自潔淨能力，生態環保，使用性能好、應用範圍廣。
【專利說明】一種防霧自潔淨玻璃及其製備方法【技術領域】[0001]本發明主要涉及1102薄膜在新型玻璃材料開發領域的應用，是一種利用TiO2薄膜的親水性和光催化性，達到新型玻璃材料防霧自潔淨等優良性能的要求的裝置。【背景技術】[0002]目前市場上用於玻璃防霧自潔淨的措施主要分為以下四個方向:1、根據需求在玻璃表面用防霧清潔劑衝洗以形成一層水膜在一定時間內維持其功能；2、在玻璃基體表面鍍一層透明的電熱膜，電熱膜兩端接電。通過提升玻璃表面溫度，使霧氣難以在玻璃表面凝結；3、在玻璃表面鍍一層具有親水性的樹脂等高分子材料薄膜，通過樹脂薄膜的親水性，吸附空氣中的游離水分子提高玻璃的潤溼程度，從而使光線照至表面時不再會有強烈的漫反射，實現了防霧功能；4、利用有些半導體材料在紫外光照射下具有一定的淨化和防霧功能， 在玻璃基體表面鍍半導體材料薄膜，實現防霧潔淨功能。[0003]目前公開的專利主要有:1、湖南泰鑫瓷業有限公司的潘俊明發明的自潔淨防霧玻璃的製造，專利號 200510072444.7。[0004]2、同濟大學的賀蘊秋、張偉進發明的一種具有光催化自潔淨功能的 Pl3+ / Τ?02雜化膜及其製備方法，專利號200610026077.1。[0005]3、大連輕工業學院、遼寧向東化工有限公司的王承遇、湯華娟、陶瑛、金山、陳海戰發明的一種能殺菌和自潔淨的塗摻雜鋅的二氧化鈦薄膜的玻璃，專利號200410020616.1。[0006]4、武漢理工大學的趙修建、餘家國、呂在國、袁啟華、徐麟發明的製備高活性二氧化鈦薄膜自潔淨玻璃材料的方法，專利號CN 1400185A。[0007]5、北京化工大學的張敬暢、胡博、張樹、曹維良的雙光子多功能的納米複合膜的自潔淨玻璃，專利號03137156.6。[0008]6、江門市蓬江區文森裝飾材料有限公司的曾顯華、王向軍、吳陸剛、張哲發明的一種自清潔玻璃，專利號201120426972.0。[0009]在防霧自潔淨玻璃的製造工藝中，鍍若干層半導體光催化材料薄膜是一在防霧自潔淨玻璃的製造工藝中，鍍若干層半導體光催化材料薄膜是一種極為重要的方法，其中納米TiO2因化學性能穩定、無毒、成本低易獲取和抗光腐蝕性等優點，是當前最有應用潛力的光催化劑。在玻璃基體表面鍍納米TiO2薄膜，在紫外光的照射下，利用其自身的親水性和光催化活性達到了防霧、自潔淨和殺菌效果。但是，總反應速度較慢，光生載流子的複合迅速， 使TiO2的量子產率通常很低，而且，TiO2僅吸收紫外光，限制了它在日常條件下的應用，難以達到令人滿意的使用性能。因此如何改性TiO2提高光催化效率使玻璃基體+改性T iO2 薄膜結構的玻璃在日常使用條件下增強其防霧自潔淨效果並走向大規模產業化開發，是目前亟待解決的技術問題。[0010]進一步，雖然防霧自潔淨玻璃技術在最近十多年得到了較快發展，但從整體上看目前仍處在產業化開發的前期，其應用程度受到一定製約，主要原因是:1、太陽能利用率低，雖然光催化材料TiO2由於其粒徑小、表面積大、吸附性能好、吸收紫外線能力強、熱穩定性好、無二次汙染等特點，在光催化環境淨化領域得到廣泛應用，但由於TiO2薄膜的能帶結構決定了膜層只能夠吸收利用太陽光中的紫外線部分，但紫外線佔照射到地面太陽光的 3%-5%，而可見光則佔到46% ;2、量子產率低，總反應速度慢，光生載流子很容易重新複合， 直接影響光催化效率、殺菌、防霧效果。其4%~10%量子產率遠滿足不了自潔淨玻璃的使用要求。要想強化玻璃自潔淨效果就必須有新的技術來阻止光生載流子的重新複合。3、大面積鍍膜困難，大面積鍍膜工藝在技術上尚有難度，尤其是在大面積條件下如何保證TiO2 薄膜中的銳鈦礦型結構高、膜層均勻一致。
【發明內容】
[0011]本發明的目的之一是為了解決上述的玻璃製品在建築業的大量使用造成高層建築幕牆清洗困難以及玻璃表面易結霧造成的視野不清晰等技術問題。而提供一種防霧自潔淨玻璃，該防霧自潔淨玻璃利用Fe3+拓展光催化反應在可見光區域的吸收範圍和抑制電子-空穴對的複合上的顯著優勢提高光催化反應的活性，提高光量子產率，將其激發波長拓展到可見光區，提高光能利用率。[0012]本發明的目的之二在於提供上述的一種防霧自潔淨玻璃的製備方法。[0013]本發明的技術原理一種防霧自潔淨玻璃，在製備過程中，Fe元素成功地摻雜到TiO2中，Fes+/ TiO2薄膜中，形成塗覆有納米Fe3+ / TiO2薄膜的防霧自潔淨玻璃。摻雜Fe3+的TiO2不僅擴展了光催化劑的可見光回應也抑制了光生電子-空穴對的複合，提高了光催化效率。[0014]Fe3+的摻雜提高了 TiO2的光催化活性，一方面由於TiO2薄膜的光譜吸收帶發生紅移，從純TiO2的380nm拓展到450nm，增大了對太陽光的利用率，另一方面Fe3+可以俘獲光生電子，使光生空穴能夠繼續擴散到TiO2表面發生表面化學反應，生成具有強氧化性的活性物質超氧自由基和羥基自由基o/f。同時Fe3+捕獲光生電子形成Fe2+，Fe2+使O2成為O; , Fe3+捕獲光生空穴形成Fe4+，Fe4+使0H—成為自由羥基.0ii。具體反應如下:
【權利要求】
1.一種防霧自潔淨玻璃，其特徵在於所述的防霧自潔淨玻璃包括玻璃基體 和其上通過浸潰提拉法得到的防霧自清潔薄膜，所述的防霧自清潔薄膜為透明的 Fe3+ / TiO2 薄膜；所述的透明的Fe3+ / TiO2薄膜，即納米a -Fe2O3對TiO2進行摻雜所得，其中Fe的摻雜 比例，按摩爾比計算，即Fe =Ti為1.05-1.25:100 ；所述的玻璃基體為平板玻璃。
2.如權利要求1所述的防霧自潔淨玻璃，其特徵在於所述的防霧自清潔薄膜的厚度為 50_300nm。
3.如權利要求1所述的防霧自潔淨玻璃，其特徵在於所述的透明的Fes+/TiO2薄膜，SP 納米a -Fe2O3對TiO2進行摻雜所得，其中Fe的摻雜比例，按摩爾比計算，即Fe =Ti為1.1: 100。
4.如權利要求1、2或3所述的一種防霧自潔淨玻璃的製備方法，其特徵在於具體包括 如下步驟:(I )、採用溶液-凝膠法製備Fe摻雜TiO2前驅體鈦醇鹽凝膠按摩爾比計算，即鈦酸四正丁酯:無水乙醇:冰乙酸:去離子水為1:10:1:1的比例，將 鈦酸四正丁酯、無水乙醇、冰乙酸和去離子水混合後得到溶液X ；(2)、向溶液X中加入納米C1-Fe2O3形成溶液Y，然後使用磁力攪拌器劇烈攪拌直至溶 液Y完全澄清形成溶液Ζ，將所得的溶液Z超聲波震蕩處理60min後，室溫下靜置直至形成 透明或半透明的Fe3+ /TiO2凝膠；(3)、對玻璃基體進行預處理，首先用純鹼清洗玻璃基體表面的汙潰，然後用無水乙醇 超聲震蕩30min、去離子水淋洗60min，在80°C下烘乾，即得清潔無汙染的玻璃基體；(4)、將步驟(3)所得的清潔無汙染的玻璃基體浸入到步驟(2)所得的Fe3+/TiO2 凝 膠中，控制沉入速度4mm/s,停留時間3min,提拉速度3mm/s進行提拉塗覆，即得塗覆有溼膜 的玻璃基體，將所得的塗覆有溼膜的玻璃基體依次在2mol/L的硝酸水溶液和去離子水中 先後浸泡4h、lh，然後控制溫度80°C，時間為15min進行烘乾；(5)、重複步驟(4)1-3次，得到塗覆有Fes+ /TiO2薄膜的玻璃基體；(6)、將塗覆有Fe3+/TiO2薄膜的玻璃基體放入馬弗爐中，控制溫度為400-550°C煅燒 2h，自然冷卻到室溫，即得到防霧自潔淨玻璃。
5.如權利要求4所述的一種防霧自潔淨玻璃的製備方法，其特徵在於步驟(6)中煅燒 溫度為450°C。
【文檔編號】B32B17/06GK103496223SQ201310442985
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年9月26日 優先權日:2013年9月26日
【發明者】吳江, 蔡雁南, 馮巧波, 李 燦, 胡程鎮, 楊思源, 張衝, 倪補, 楊強, 張柳柳 申請人:上海電力學院