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基本信息

項目名稱：
溶膠-凝膠法鋁合金表面制備TIO2薄膜工藝研究
小類：
能源化工
簡介：
鋁合金比強(qiáng)度高，加工性能、耐腐蝕性良好，具有一定的耐高溫性能，在日常用品、食品、化工、航空航天、交通、軍事等方面有著廣泛的用途。以鋁合金為基體制備TiO2膜，實現(xiàn)鋁基體較好性能和TiO2優(yōu)良光學(xué)性能的結(jié)合有一定的意義，可拓寬TiO2膜光催化技術(shù)的應(yīng)用。
詳細(xì)介紹：
隨著經(jīng)濟(jì)的日益發(fā)展，能源、資源的逐漸減少及環(huán)境污染的加劇，發(fā)展新型節(jié)能環(huán)保的和諧材料，成為科技工作者一直致力于研究的熱門課題。傳統(tǒng)工藝采用催化燃燒、化學(xué)氧化、生物降解等方法對環(huán)境污染物加以去除，但都有一定的局限性，比如設(shè)備及運費高，有二次污染等，難以滿足凈化處理在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的要求。近十幾年來人們研究發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體光催化氧化劑技術(shù)在去除污染物方面，具有能耗低、操作簡便、可減少二次污染等突出特點，成為備受關(guān)注的技術(shù)之一。研究發(fā)現(xiàn)，TiO2因其價廉、無毒、催化活性高、穩(wěn)定性好、易于回收等優(yōu)點而倍受青睞，被稱為是理想的光催化劑。因此利用TiO2半導(dǎo)體材料對有機(jī)污染物進(jìn)行光催化降解正逐漸成為工業(yè)化技術(shù)。國內(nèi)外的學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，TiO2的光催化性能與其顆粒大小、比表面積有重要的聯(lián)系，顆粒越小，比表面積越大，其光催化性能越好。為此，國內(nèi)外學(xué)者嘗試用不同方法制備TiO2粉體，其中濕化學(xué)法溶膠－凝膠法在制備中應(yīng)用最多 ，但是，粉末TiO2在進(jìn)行光催化的過程中，遇到諸多問題，比如與處理液不易分離。于是，人們想到用制備TiO2膜工藝解決這一問題。截至目前，研究者已在硅酸鹽玻璃，不銹鋼，高分子纖維等基體上面成功制備了TiO2膜，在鋁合金基體表面制備TiO2膜以實現(xiàn)光催化性能的研究鮮有報道，

作品專業(yè)信息

撰寫目的和基本思路

采用溶膠—凝膠法在鋁合金基體上制備TiO2薄膜，優(yōu)化工藝過程，以期制得與鋁合金基體結(jié)合性能良好、光催化效率高的TiO2薄膜，為環(huán)保領(lǐng)域提供思路和方法。控制溶膠—凝膠工藝過程中影響水解縮聚的工藝參數(shù)，制得溶膠，進(jìn)行鍍膜、干燥、煅燒得到TiO2膜。檢測TiO2膜與鋁合金基體的結(jié)合性能、光催化性能，并模擬在廢水處理方面的催化效率來確定鋁合金基體表面制備TiO2薄膜的最佳工藝路線。

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨特之處

科學(xué)性： TiO2光催化劑催化降解法是一種深度的氧化過程，TiO2膜在特定波長光的照射下，激發(fā)出一種對人體無害的粒子，該類粒子具有極強(qiáng)的氧化—還原能力。先進(jìn)性：納米級的二氧化鈦，磁性強(qiáng)且具有極強(qiáng)的吸收紫外線的能力，表面活性大，熱導(dǎo)性好，光催化活性好，可重復(fù)使用。獨特之處：TiO2(銳鈦型)粒徑小、光化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，對有機(jī)物的降解選擇性低，無二次污染，連續(xù)光照能保持活性，光照后不發(fā)生光腐蝕。

應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義

傳統(tǒng)上采用催化燃燒、化學(xué)氧化生物降解等方法對環(huán)境污染物加以去除，但都有一定的局限性，如有二次污染，研究發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體光催化氧化劑技術(shù)在去除污染物方面，具有能耗低、操作簡便、可減少二次污染等突出特點，成為使用的技術(shù)之一。利用TiO2半導(dǎo)體材料對有機(jī)污染物進(jìn)行光催化降解在土壤、水質(zhì)和大氣的污染治理方面展現(xiàn)出光明的應(yīng)用前景。有望以太陽能作為能源的、運行費用低的新材料對環(huán)境保護(hù)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。

學(xué)術(shù)論文摘要

采用溶膠-凝膠法制膜的工藝方法，利用自制的浸漬提拉裝置在鋁合金表面鍍TiO2薄膜，研究制得的膜與基體的結(jié)合性能、膜的光催化性能。使用X射線衍射儀（XRD）分析了TiO2膜的相組成及分布規(guī)律；使用掃描電子顯微鏡（SEM）對TiO2膜的表面形貌進(jìn)行了觀察，同時用劃痕實驗法對薄膜與基體之間的結(jié)合性能進(jìn)行了檢測，采用分光光度計測定了TiO2薄膜的光催化性能。試驗表明：采用溶膠凝膠法在鋁合金基體上制備的TiO2膜具有一定的光催化性；就膜的光催化性能和膜與基體的結(jié)合性能而言，選用乙酰丙酮作為水解抑制劑制得的TiO2薄膜優(yōu)于用三乙醇胺制得的TiO2薄膜。

獲獎情況

無

鑒定結(jié)果

無

參考文獻(xiàn)

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同類課題研究水平概述

1.利用微弧氧化技術(shù)在7075鋁合金表面形成微弧氧化陶瓷膜層,結(jié)果表明:7075鋁合金表面的微弧氧化陶瓷膜層由疏松層、致密層構(gòu)成,其相組成主要是α-Al2O3和γ-Al2O3兩相;氧化陶瓷層與基體結(jié)合良好,厚度為25~45μm,表面硬度可達(dá)到1900HV0.1左右;微弧氧化表面處理技術(shù)可以顯著提高鋁合金的表面耐磨性,在與GCr15鋼球?qū)δr,膜層具有較低的磨損率,但摩擦因數(shù)相對較高。2.在不銹鋼基體上制備TiO2薄膜。結(jié)果發(fā)現(xiàn),在不銹鋼基底上形成的TiO2薄膜與基底材料發(fā)生了明顯的界面擴(kuò)散反應(yīng).在TiO2薄膜的形成過程中,不銹鋼中的Fe元素向TiO2薄膜層擴(kuò)散,并與從大氣氛中擴(kuò)散到界面的氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng),形成鐵氧化物界面過渡層、界面氧化過程,導(dǎo)致了Fe向樣品表面的偏析和擴(kuò)散.在高溫?zé)崽幚磉^程中,Fe可以擴(kuò)散到TiO2薄膜的表面.薄膜催化劑的紫外反射光譜表明,界面擴(kuò)散反應(yīng)導(dǎo)致了Fe擴(kuò)散進(jìn)入TiO2薄膜的晶格,從而改變了薄膜催化劑的光吸收性能.3.鈷鉻合金表面鐵離子摻雜二氧化鈦膜的制備：結(jié)果溶膠-凝膠法在鈷鉻合金表面制備Fe3+摻雜二氧化鈦薄膜光滑平整,具有良好的膜基結(jié)合力與臨床應(yīng)用價值。4.玻璃纖維網(wǎng)上TiO2薄膜光催化劑制備及性能研究：采用溶膠-凝膠法和自制膜提拉裝置制備了TiO2薄膜光催化劑。實驗結(jié)果表明,經(jīng)500℃焙燒120min、拉膜3次的TiO2薄膜光催化劑具有最佳的光催化活性,在pH7.0～8.0、適量H2O2存在下可獲得最佳降解效果。
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