專利名稱：光觸媒鋁材及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請涉及鋁材及其制備方法，尤其涉及使用具有光催化反應(yīng)的光觸媒鋁材及其制備方法。
背景技術(shù)：
目前，為了增加鋁制品的實(shí)用性和附加價值，在鋁制品的表面通常會鍍上一層具有抗菌、除臭、自潔、防霉等功能的光觸媒(如二氧化鈦(TiO2)、氧化錫(SnO2)、氧化鋅(ZnO)、氧化鎢(WO3)、SeTiO3、鎘硒(CdSe)、KTaO3、硫化鎘(CdS)或氧化鈮(Nb2O5))。而且，為了進(jìn)一步提供一種具有附著力較強(qiáng)、催化活性較高的光觸媒膜的鋁制品。例如，中國專利申請(公開號CN101591745)公開了一種鋁制品，其包括鋁基板；形成于所述鋁基板表面的具有多孔結(jié)構(gòu)的一層氧化鋁膜；及形成于所述氧化鋁膜上的一層光觸媒膜，而且該中國專利申請還了一種所述鋁制品的制作方法，其通過在鋁基板上首先形成一層具有多孔結(jié)構(gòu)的氧化鋁膜，再將光觸媒膜鍍覆在多孔結(jié)構(gòu)上，控制濺鍍時間，可以形成具有多孔結(jié)構(gòu)的光觸媒膜，其附著力較強(qiáng)，且由于比表面積增大，光觸媒活性得到提高，從而增加了所述鋁制品的實(shí)用性和附加價值。然而，所述的中國專利申請仍然存在缺陷，因為所述光觸媒膜在鍍覆在氧化鋁的多孔結(jié)構(gòu)內(nèi)后，所述光觸媒膜不能牢固地固定在氧化鋁的表層，由此導(dǎo)致光觸媒活性的流失不能提供長期穩(wěn)定的光觸媒催化效果。同樣，這樣的問題也在其它現(xiàn)有技術(shù)(例如中國實(shí)用新型專利號ZL200620112073.0 和 ZL200620109942.4)中存在。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明提供了一種光觸媒鋁材，該光觸媒鋁材包括鋁基質(zhì)層(I)、在鋁基質(zhì)層(I)上的氧化鋁層(2)、在氧化鋁層(2)上的納米級光觸媒層
(3)和在光觸媒層(3)上的封孔層(4)或者由這些層組成，其中所述納米級光觸媒層(3)與所述封孔層(4)結(jié)合成一體。本發(fā)明也提供了制備上述光觸媒鋁材的方法，其中包括通過浸泡、電化學(xué)或光助電化學(xué)法將納米級光觸媒加入氧化鋁的孔內(nèi)，并且隨后或同時進(jìn)行封孔，使納米級光觸媒顆粒物理性地固定在氧化鋁層?？梢姡景l(fā)明的技術(shù)方案中使用了封孔層將光觸媒顆粒物理性地固定在氧化鋁層中，由此光觸媒活性能夠長期得到保留來提供長期穩(wěn)定的光觸媒催化效果。此外，本領(lǐng)域現(xiàn)有技術(shù)已知，為了解決鋁基質(zhì)層的鋁金屬的化學(xué)腐蝕問題，可以在鋁基質(zhì)層上形成氧化鋁層后再加封孔步驟形成封孔層。然而，雖然封孔層本身是已知的，但是本領(lǐng)域現(xiàn)有技術(shù)并不知道封孔層能夠?qū)⒐庥|媒顆粒物理性地固定在氧化鋁層中，從而防止其在使用期間的流失所造成的問題。事實(shí)上，現(xiàn)有技術(shù)一般都認(rèn)為鋁基質(zhì)層的鋁金屬的化學(xué)腐蝕問題會由這些氧化鋁的孔下的鋁基質(zhì)層的鋁金屬開始，在孔下，分開鋁金屬和空氣只有一層很薄的氧化鋁，所以進(jìn)行氧化后會再加封孔步驟，封孔的步驟包括:熱水浸泡、化學(xué)浸泡等；目的是把孔閉塞，使鋁金屬和空氣隔開。封孔的理論是把氧化鋁轉(zhuǎn)化成氫氧化鋁或其它鋁化合物，當(dāng)氧化鋁有以上的改變時，氧化鋁會膨脹，同時孔會被閉塞。由此可見，在現(xiàn)有技術(shù)中封孔層的作用是把氧化鋁的孔閉塞，使鋁金屬和空氣隔開，而現(xiàn)有技術(shù)中完全沒有提及可以使用封孔層將光觸媒顆粒物理性地固定在氧化鋁層中。本發(fā)明是把納米級的材料直接埋藏在氧化鋁氧層的孔內(nèi)并加以封孔。當(dāng)封孔過程后，氧化鋁膨脹并把納米光觸媒非常牢固地固定在氧化鋁的表層。在本發(fā)明的一個實(shí)施方式中，所述封孔層包括來自納米光觸媒的納米級二氧化鈦，優(yōu)選所述封孔層包括來自納米光觸媒的納米級二氧化鈦和氫氧化鋁的混合物。同時也可在加入光觸媒前，陽極氧化后，用電化學(xué)方法或其它方法加入金屬微粒在孔內(nèi)。此方法可作染色作用；或可把光觸媒的吸收波長改變；或可使光觸媒的催化效果改變。本發(fā)明涉及以下技術(shù)方案及其與本申請任何內(nèi)容的組合:1.一種光觸媒鋁材，其特征在于該光觸媒鋁材包括鋁基質(zhì)層(I)、在鋁基質(zhì)層(I)上的氧化鋁層(2)、在氧化鋁層(2)上的納米級光觸媒層(3)和在光觸媒層(3)上的封孔層
(4)或者由這些層組成，其中所述納米級光觸媒層(3)與所述封孔層(4)結(jié)合成一體。2.根據(jù)上述技術(shù)方案所述的光觸媒鋁材，其特征在于所述光觸媒鋁材還包括在所述光觸媒層與所述氧化鋁層之間的金屬染色層(5)或者由所述鋁基質(zhì)層(I)、所述氧化鋁層(2)、所述納米級光觸媒層(3)、所述封孔層(4)和所述金屬染色層(5)組成。3.根據(jù)上述技術(shù)方案任一項所述的光觸媒鋁材，其特征在于氧化鋁層的厚度為IumM 150 μ m。4.根據(jù)上述技術(shù)方案任一項所述的光觸媒鋁材，其特征在于氧化鋁層的厚度為25 μ m M 95 μ m。5.根據(jù)上述技術(shù)方案任一項所述的光觸媒鋁材，其特征在于氧化鋁層的厚度為35 μ m M 70 μ m。6.根據(jù)上述技術(shù)方案任一項所述的光觸媒鋁材，其特征在于氧化鋁的孔徑為Inm至 lOOnm。7.根據(jù)上述技術(shù)方案任一項所述的光觸媒鋁材，其特征在于氧化鋁的孔徑為20nm 至 70nm。8.根據(jù)上述技術(shù)方案任一項所述的光觸媒鋁材，其特征在于氧化鋁的孔徑為30nm 至 50nm。9.根據(jù)上述技術(shù)方案任一項所述的光觸媒鋁材，其特征在于所述光觸媒包括二氧化鈦、氧化錫、氧化鋅、氧化鶴、SeTiO3、鎘硒、KTaO3、硫化鎘或氧化銀。10.根據(jù)上述技術(shù)方案任一項所述的光觸媒鋁材，其特征在于所述光觸媒的粒徑小于氧化鋁的孔徑。11.根據(jù)上述技術(shù)方案任一項所述的光觸媒鋁材，其特征在于所述光觸媒的顆粒埋在氧化鋁層的孔之內(nèi)。
12.根據(jù)上述技術(shù)方案任一項所述的光觸媒鋁材，其特征在于在所述氧化鋁層的孔中存在1-9顆所述光觸媒的顆粒。13.根據(jù)上述技術(shù)方案任一項所述的光觸媒鋁材，其特征在于在所述氧化鋁層的孔中存在1-5顆所述光觸媒的顆粒。14.根據(jù)上述技術(shù)方案任一項所述的光觸媒鋁材，其特征在于在所述氧化鋁層的孔中存在1-3顆所述光觸媒的顆粒。15.根據(jù)上述技術(shù)方案任一項所述的光觸媒鋁材，其特征在于在所述封孔層包括
氫氧化招。16.根據(jù)上述技術(shù)方案任一項所述的光觸媒鋁材，其特征在于在所述封孔層包括納米級二氧化鈦和氫氧化招。17.一種制備上述技術(shù)方案任一項所述的光觸媒鋁材的方法，其中包括通過浸泡、電化學(xué)或光助電化學(xué)法將納米級光觸媒加入氧化鋁的孔內(nèi)，并且隨后或同時進(jìn)行封孔，使納米級光觸媒顆粒物理性地固定在氧化鋁層。18.根據(jù)上述技術(shù)方案任一項所述的方法，其中所述封孔的步驟是用熱水浸泡、化學(xué)浸泡進(jìn)行的。19.根據(jù)上述技術(shù)方案任一項所述的方法，其中所述封孔的步驟包括使用封孔配方在任選加熱下進(jìn)行浸泡。20.根據(jù)上述技術(shù)方案任一項所述的方法，其中所述封孔的步驟包括使用封孔配方進(jìn)行浸泡，該封孔配方包含水和任選的納米級二氧化鈦粉末。21.根據(jù)上述技術(shù)方案任一項所述的方法，其中還包括控制孔徑的步驟。22.根據(jù)上述技術(shù)方案任一項所述的方法，其中還包括控制孔徑的步驟，該步驟包括控制電解液的成份，濃度，溫度，電壓，電流密度或添加劑。23.根據(jù)上述技術(shù)方案任一項所述的方法，其中還包括以下步驟:在加入光觸媒前，把金屬微粒先放入氧化鋁的孔的內(nèi)部，使氧化鋁著色。24.根據(jù)上述技術(shù)方案任一項所述的方法，其中所述氧化鋁是通過陽極氧化鋁基質(zhì)1、2、3、4或5次而得到的。


圖1:本發(fā)明光觸媒鋁材的結(jié)構(gòu)剖視示意圖(非按比例)。圖2:本發(fā)明另一種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)剖視示意圖(非按比例)。
具體實(shí)施例方式參見圖1，本發(fā)明光觸媒鋁材包括鋁基質(zhì)層(I)、在鋁基質(zhì)層(I)上的氧化鋁層
(2)、在氧化鋁層⑵上的納米級光觸媒層(3)和在光觸媒層(3)上的封孔層⑷或者由這些層組成，其中所述納米級光觸媒層(3)與所述封孔層(4)結(jié)合成一體。此外，所述光觸媒鋁材還可以任選地包括在所述光觸媒層與所述氧化鋁層之間的金屬染色層(5)或者由上述的這些層組成。參見圖2，本發(fā)明另一種實(shí)施方式的光觸媒鋁材包括鋁基質(zhì)層(I)、在鋁基質(zhì)層
(I)上的氧化鋁層(2)、在氧化鋁層(2)上的納米級光觸媒層(3)和在光觸媒層(3)上的封孔層(4)，其中所述納米級光觸媒層(3)與所述封孔層(4)結(jié)合成一體(3+4)。在本發(fā)明的一個實(shí)施方式中，在所述氧化鋁層的孔(2a)中可以存在1-9顆、優(yōu)選1-5顆、更優(yōu)選1-3顆所述光觸媒的顆粒(3a)。此外，所述光觸媒鋁材還可以任選地包括在所述光觸媒層與所述氧化鋁層之間的金屬染色層(5)。在本發(fā)明的一個實(shí)施方式中，在所述氧化鋁層的孔中可以存在1-9顆、優(yōu)選1-5顆、更優(yōu)選1-3顆所述金屬染色層(5)的金屬顆粒(5a)。在本發(fā)明的一個實(shí)施方式中，所述光觸媒的粒徑小于氧化鋁的孔徑，由此可以讓光觸媒的顆粒埋在氧化鋁層的孔之內(nèi)。鋁金屬的耐化學(xué)腐蝕性及硬度很低，一般會用陽極氧化把鋁表面的氧化物加厚和加硬。但只做氧極氧化并不足夠保護(hù)鋁金屬。由于在陽極氧化時會產(chǎn)生孔，氧化鋁的孔徑一般在IOOnm以下，優(yōu)選為Inm至IOOnm,更優(yōu)選為20nm至70nm或30nm至50nm,再詳細(xì)地說明:氧化鋁的孔徑可以由幾nm至幾十nm。在本發(fā)明的一個實(shí)施方式中，控制孔徑的方法包括控制電解液的成份(如硫酸)，濃度(如1-3M、優(yōu)選1.5-1.8M)，溫度(如2-50°C，優(yōu)選5-270C )，電壓(如 5-120V,優(yōu)選 15-60V)，電流密度(如 0.8-7.5A/dm2，優(yōu)選 1.5-5.0A/dm2，優(yōu)選2.5-3.5A/dm2),添加劑和/或其它方法。在本發(fā)明一種實(shí)施方式中，所述氧化時間可以是1-200分鐘，優(yōu)選28-120分鐘，更優(yōu)選35-90分鐘，最優(yōu)選50分鐘。如要有足夠的物理及化學(xué)性能，氧化層的厚度及密度都是關(guān)鍵。當(dāng)增加陽極氧化時間，其它參數(shù)不改時，氧化層可加厚。在本發(fā)明一種實(shí)施方式中，所述氧化時間可以是1-200分鐘,優(yōu)選28-120分鐘，更優(yōu)選35-90分鐘，最優(yōu)選50分鐘。如要增加氧化層的密度或硬度，一般做法都是降低溫度。氧化招的厚度可由I μ m至150 μ m或以上,優(yōu)選25 μ m至95 μ m,更優(yōu)選35 μ m至70 μ m0在需要有足夠的物理及化學(xué)保護(hù)能力的情況下，氧化鋁的厚度為25μπι以上。本發(fā)明光觸媒鋁材的制備方式可以通過以下實(shí)施例進(jìn)行說明:基材預(yù)備:先把鋁板(Α1050)用10% NaOH水溶液浸泡I分鐘作除油及除氧化物，清水洗凈，在1.5Μ &504做陽極氧化，溫度271:，15￥，501^11，電流密度2.5A/dm2。得氧化層厚度約45 μ m,孔徑約 30_40nm。(基材一)例I單純熱水封孔液加入納米二氧化鈦。用剛做氧化的基材一,清洗。封孔配方一:用Ig Aeroxide Ti02P25加入I公升去離子水。Aeroxide TiO2 P25是平均21nm的二氧化鈦粉末。把基材一浸泡在封孔配方一，溫度90°C，2小時。樣品I。例2電解納米二氧化鈦溶液。用兩片剛做氧化的基材一，清洗，放入常溫(25°C )封孔配方一溶液內(nèi)，用交流電作電解。電壓30V，時間I分鐘。清洗，放入去離子水作封孔。樣品2。例3電解納米二氧化鈦光觸媒溶液加紫外線照射。和例子2 —樣，在電解二氧化鈦溶液時，以紫外線照射這槽。發(fā)現(xiàn)電流較例2高。電壓30V，時間I分鐘。清洗，放入去離子水封孔。樣品3。

例4
氧化液加入納米二氧化鈦。在氧化液(1.5M H2SO4)加入0.01%納米二氧化鈦，溫度27°C，15V，50min，電流密度2.5A/dm2。用去離子水作封孔。樣品4。例子5氧化兩次。先作板基預(yù)備工作(除油)，在1.5M H2SO4做陽極氧化，溫度27°C，15V，IOmin,電流密度2.5A/dm2。得氧化層厚度約9μπι，孔徑約30-40nm。立即再進(jìn)行第二次陽極氧化，
1.8M H2SO4,電流密度2.5A/dm2 (電壓由最初20V慢慢升至60V)，5°C，40min。氧化層共厚約34 μ m0清洗，用封孔配方一作封孔(或用其它例子方法作封孔)。樣品5。比較例子一鋁制品(已預(yù)先完成氧化及封孔)，用清水清洗，浸泡納米二氧化鈦溶液，清洗，烘干。比較樣品一。測試方法先把樣品放入流動的小水槽用清水沖洗一天，模擬雨水沖洗。測試方法1光催化氧化異丙醇成二氧化碳，儀器:Extech CO2 meter C0250。把二氧化碳儀，2ml 75%異丙醇，和1OXlOcm樣品一同放入60公升玻璃箱并封口，用紫外光照射并記錄CO2之改變。測試方法2甲基橙去色法。把3滴甲基橙指示劑滴在樣品上，自然流平及干燥，用鋁板蓋著一半指示劑，用紫外光照射一小時，觀察顏色改變。表一.測試結(jié)果。
權(quán)利要求
1.一種光觸媒鋁材，其特征在于該光觸媒鋁材包括鋁基質(zhì)層(I)、在鋁基質(zhì)層(I)上的氧化鋁層(2)、在氧化鋁層(2)上的納米級光觸媒層(3)和在光觸媒層(3)上的封孔層(4)或者由這些層組成，其中所述納米級光觸媒層(3)與所述封孔層(4)結(jié)合成一體。
2.根據(jù)上述權(quán)利要求所述的光觸媒鋁材，其特征在于所述光觸媒鋁材還包括在所述光觸媒層與所述氧化鋁層之間的金屬染色層(5)或者由所述鋁基質(zhì)層(I)、所述氧化鋁層(2)、所述納米級光觸媒層(3)、所述封孔層(4)和所述金屬染色層(5)組成。
3.根據(jù)上述權(quán)利要求任一項所述的光觸媒鋁材，其特征在于氧化鋁層的厚度為Iym至 150 μ m。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求任一項所述的光觸媒鋁材，其特征在于氧化鋁層的厚度為25μπι至 95 μ m。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求任一項所述的光觸媒鋁材，其特征在于氧化鋁層的厚度為35μ m至 70 μ m。
6.一種制備上述權(quán)利要求任一項所述的光觸媒鋁材的方法，其中包括通過浸泡、電化學(xué)或光助電化學(xué)法將納米級光觸媒加入氧化鋁的孔內(nèi)，并且隨后或同時進(jìn)行封孔，使納米級光觸媒顆粒物理性地固定在氧化鋁層。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求任一項所述的方法，其中所述封孔的步驟是用熱水浸泡、化學(xué)浸泡進(jìn)行的。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求任一項所述的方法，其中所述封孔的步驟包括使用封孔配方在任選加熱下進(jìn)行浸泡。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求任一項所述的方法，其中所述封孔的步驟包括使用封孔配方進(jìn)行浸泡，該封孔配方包含水和任選的納米級二氧化鈦粉末。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求任一項所述的方法，其中還包括控制孔徑的步驟。
全文摘要
本申請涉及一種光觸媒鋁材及其制備方法，其中該光觸媒鋁材包括鋁基質(zhì)層(1)、在鋁基質(zhì)層(1)上的氧化鋁層(2)、在氧化鋁層(2)上的納米級光觸媒層(3)和在光觸媒層(3)上的封孔層(4)或者由這些層組成，其中所述納米級光觸媒層(3)與所述封孔層(4)結(jié)合成一體。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請的光觸媒鋁材能夠防止光觸媒活性的流失并意想不到地能夠提供長期穩(wěn)定的光觸媒催化效果。
文檔編號B32B15/20GK103182807SQ20111046290
公開日2013年7月3日 申請日期2011年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月30日
發(fā)明者俞偉略, 黎敏儀 申請人:冬青環(huán)?？萍加邢薰?br>