專利名稱：一種自清潔玻璃的制備方法及制備裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于納米功能材料加工領(lǐng)域，提供了一種在線生產(chǎn)納米自清潔玻璃的方法。
背景技術(shù)：
自20世紀(jì)70年代初，日本的Fujishima發(fā)現(xiàn)TiO2具有光催化性能以來，有關(guān)二氧化鈦等半導(dǎo)體光催化技術(shù)的研究成為國(guó)內(nèi)外納米材料科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題。納米自清潔玻璃是在普通玻璃表面鍍一層納米級(jí)TiO2薄膜，該鍍膜不可剝落、也不能被玻璃清潔劑破壞掉。它通過吸收陽光的能量產(chǎn)生清潔功能。納米自清潔玻璃有三種功能第一，能分解、清除掉塵土和其它有機(jī)污；第二，能有效降解空氣中NO、SO2等有害氣體，從而起到凈化空氣、保障健康的功效；第三，能有效降解空氣中微量有毒有機(jī)物、細(xì)菌、病毒。自清潔玻璃可以制作高層建筑的墻外玻璃、汽車擋風(fēng)玻璃、汽車反光鏡玻璃、玻璃幕墻、燈罩廣告、櫥窗及家用櫥窗玻璃等等。還可以用在陶瓷、搪瓷、辦公用品、家具、玩具和醫(yī)用物品上，是一種真正意義上的生態(tài)環(huán)保材料。
目前，納米TiO2薄膜的主要制備方法有溶膠-凝膠法、電沉積法、化學(xué)氣相沉積法、物理氣相沉積法、自組裝制膜，以及噴霧熱分解等方法。以溶膠-凝膠工藝為基礎(chǔ)的薄膜制備方法又是目前實(shí)驗(yàn)室和離線制作方法中采用普遍的方法，這種制備二氧化鈦薄膜方法優(yōu)點(diǎn)是TiO2容易大面積成膜被固定在復(fù)雜形狀的基體上，采用溶膠-凝膠法在普通玻璃表面制備TiO2薄膜已有文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)，并出現(xiàn)了一些采用這一原理制備各種功能膜材料的技術(shù)專利。但是，溶膠-凝膠法不適合我國(guó)大部分玻璃廠家采用的浮法玻璃生產(chǎn)線，于是，人們探索在線生產(chǎn)自清潔玻璃的方式。
在申請(qǐng)?zhí)枮镃N200410060185.1、名稱為“一種在線制作自清潔玻璃的的方法及其專用設(shè)備”的專利技術(shù)中介紹了用超聲方式將霧化后的藥劑噴霧在玻璃上的方法，該方法制備的自清潔玻璃的光催化性能不是很高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能在浮法玻璃生產(chǎn)線的玻璃上大面積沉積納米TiO2薄膜的制作方法及其設(shè)備。
本發(fā)明是一種自清潔玻璃的制備方法及制備裝置，其方法為將TiCl4汽化后通入玻璃退火窯爐內(nèi)所生產(chǎn)玻璃的上方，經(jīng)熱分解在玻璃的上方沉積TiO2薄膜，用TiCl4和O2作為氣體先驅(qū)體，將含N的氣體加入，經(jīng)熱分解在玻璃上沉積TiO2薄膜。
以上所述制備方法，給TiCl4溶液中通入N2載氣，TiCl4由N2載氣鼓泡帶出，與O2并聯(lián)通入玻璃退火窯爐內(nèi)所玻璃的上方，經(jīng)熱分解在玻璃上沉積TiO2薄膜。
以上所述制備方法，給TiCl4溶液中通入濃度為N2載氣，TiCl4由N2載氣鼓泡帶出，與N2、N2O氣體與O2并聯(lián)通入玻璃退火窯爐內(nèi)玻璃的上方，經(jīng)熱分解在玻璃上沉積TiO2薄膜。
以上所述制備方法，N2載氣的流量為2.5×10-3～3.0×10-3m3/s，O2的流量為0.6×10-3～1.0×10-3m3/s。。
以上所述制備方法，N2O氣體的流量為1.0×10-3～1.5×10-3m3/s，O2的流量為0.6×10-3～1.0×10-3m3/s，N2載氣的流量為2.5×10-3～3.0×10-3m3/s。
實(shí)施上述方法的制備裝置，噴頭(12)位于玻璃退火窯爐內(nèi)由傳送帶(10)傳送的玻璃(11)的上方，液態(tài)的TiCl4(8)放置在有夾層的密閉容器(9)中，用于通入O2的管道(3)通過三通閥(7)一端與噴頭(12)聯(lián)通，用于通入N2載氣的管道(4)的另一端通入放置密閉容器(9)中液態(tài)的TiCl4(8)中，用于通入N2的管道(1)與用于通入O2的管道(3)的上端并聯(lián)在一起，通過三通閥(7)一端與噴頭(12)聯(lián)通，另一端通入密閉容器(9)中。
以上所述的制備裝置，用于通入N2載氣的管道(4)的另一端通入放置密閉容器(9)中液態(tài)的TiCl4(8)中，用于通入N2的管道(1)與用于通入N2O氣的管道(2)、用于通入O2的管道(3)的上端并聯(lián)在一起，通過三通閥(7)一端與噴頭(12)聯(lián)通，另一端通入密閉容器(9)中，用于通入N2載氣的管道(4)的另一端通入放置密閉容器(9)中液態(tài)的TiCl4(8)中。
本發(fā)明的有益之處在于將摻氮和未摻氮的二氧化鈦薄膜在400瓦鹵燈照射下降解甲基橙的實(shí)驗(yàn)比較，在接近太陽光譜的鹵燈照射下，摻氮產(chǎn)品的光催化效率要比未摻雜產(chǎn)品高。本發(fā)明在浮法玻璃生產(chǎn)的過程中，能在線大面積沉積納米TiO2薄膜在生產(chǎn)線的玻璃上，生產(chǎn)出的玻璃具有自清潔功能。該裝置也可用于二氧化鈦/二氧化硅復(fù)合膜及其它功能玻璃的在線制作。


圖1為在線生產(chǎn)摻氮納米TiO2自清潔玻璃的裝置的結(jié)構(gòu)的示意圖。圖2為所生產(chǎn)玻璃的SEM圖。圖3為摻氮和未摻氮二氧化鈦薄膜在400瓦鹵燈照射下降解甲基橙的實(shí)驗(yàn)圖，虛線為摻氮的曲線，實(shí)線為未摻氮的曲線。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明是一種自清潔玻璃的制備方法及制備裝置，其方法為將TiCl4汽化后通入玻璃退火窯爐內(nèi)所生產(chǎn)玻璃的上方，經(jīng)熱分解在玻璃的上方沉積TiO2薄膜，用TiCl4和O2作為氣體先驅(qū)體，將含N的氣體加入，經(jīng)熱分解在玻璃上沉積TiO2薄膜。
方法實(shí)施例1直接在液態(tài)TiCl4中通入N2載氣，N2載氣的流量為2.5×10-3～3.0×10-3m3/s，TiCl4由N2載氣鼓泡帶出，與O2并聯(lián)通入玻璃退火窯爐內(nèi)所玻璃的上方，經(jīng)熱分解在玻璃上沉積TiO2薄膜，制備出薄膜的厚度為200～1000nm，TiO2粒徑為20～260nm。N2的流量為1.6×10-3～3.0×10-3m3/s，O2的流量為0.6×10-3～1.0×10-3m3/s。
方法實(shí)施例2直接在液態(tài)的TiCl4中通入N2載氣，TiCl4由N2載氣鼓泡帶出，與N2、N2O氣體與O2并聯(lián)通入玻璃退火窯爐內(nèi)玻璃的上方，經(jīng)熱分解在玻璃上沉積TiO2薄膜。其中N2的流量為1.6×10-3～3.0×10-3m3/s，N2O氣體的流量為1.0×10-3～1.5×10-3m3/s，O2的流量為0.6×10-3～1.0×10-3m3/s。
以上兩個(gè)實(shí)施例均可實(shí)現(xiàn)在線生產(chǎn)摻氮納米TiO2自清潔玻璃，三個(gè)實(shí)施例均用TiCl4和O2作為氣體先驅(qū)體，TiCl4和O2在200℃以上就可以反應(yīng)生成TiO2，該體系的反應(yīng)方程式為將TiCl4汽化后和O2通入反應(yīng)室中，反應(yīng)室在玻璃退火窯爐內(nèi)所生產(chǎn)玻璃的上方，經(jīng)熱分解在玻璃的上方沉積TiO2薄膜，薄膜的厚度在200～1000nm，圖2為所生產(chǎn)玻璃的SEM圖，TiO2薄膜劃痕內(nèi)TiO2粒徑在20～260nm之間。
本發(fā)明既可以制備普通的TiO2薄膜，也可以制備N摻雜TiO2薄膜，N摻雜用的氣體是N2O，N摻雜TiO2薄膜的自清潔功能要比普通的TiO2薄膜的好。
如圖3所示，為摻氮和未摻氮的二氧化鈦薄膜在400瓦鹵燈照射下降解甲基橙的實(shí)驗(yàn)圖，在接近太陽光譜的鹵燈照射下，摻氮產(chǎn)品的光催化效率要比未摻雜產(chǎn)品高。
實(shí)施以上所述方法的制備裝置，噴頭(12)位于玻璃退火窯爐內(nèi)由傳送帶(10)傳送的玻璃(11)的上方，液態(tài)的TiCl4(8)放置在有夾層的密閉容器(9)中。由于TiCl4容易在常溫下汽化，用恒溫加熱器將密閉容器(9)夾層中的水加熱到36℃，并維持水溫在36℃。
裝置實(shí)施例1如圖1所示，噴頭(12)位于玻璃退火窯爐內(nèi)由傳送帶(10)傳送的玻璃(11)的上方，液態(tài)的TiCl4(8)放置在有夾層的密閉容器(9)中，用于通入O2的管道(3)通過三通閥(7)一端與噴頭(12)聯(lián)通，另一端通入密閉容器(9)中，用于通入N2的管道(1)與用于通入O2的管道(3)的上端并聯(lián)在一起，通過三通閥(7)一端與噴頭(12)聯(lián)通，另一端通入密閉容器(9)中，用于通入N2載氣的管道(4)的另一端通入放置密閉容器(9)中液態(tài)的TiCl4(8)中。
裝置實(shí)施例2噴頭(12)位于玻璃退火窯爐內(nèi)由傳送帶(10)傳送的玻璃(11)的上方，液態(tài)的TiCl4(8)放置在有夾層的密閉容器(9)中，用于通入O2的管道(3)通過三通閥(7)一端與噴頭(12)聯(lián)通，另一端通入密閉容器(9)中，用于通入O2的管道(3)通過三通閥(7)一端與噴頭(12)聯(lián)通，另一端通入密閉容器(9)中，用于通入N2的管道(1)與用于通入N2O氣體的管道(2)、用于通入O2的管道(3)的上端并聯(lián)在一起，通過三通閥(7)一端與噴頭(12)聯(lián)通，另一端通入密閉容器(9)中。
以上裝置均采用通風(fēng)裝置將尾氣Cl2等氣體經(jīng)由排尾氣口(14)排出玻璃退火窯(13)。閥門(6)用于控制N2載氣的流量。質(zhì)量流量計(jì)(5)分別用于測(cè)量管道(1、2、3)的氣體流量。
權(quán)利要求
1.一種自清潔玻璃的制備方法，將TiCl4汽化后通入玻璃退火窯爐內(nèi)所生產(chǎn)玻璃的上方，經(jīng)熱分解在玻璃的上方沉積TiO2薄膜，其特征在于用TiCl4和O2作為氣體先驅(qū)體，將含N的氣體加入，經(jīng)熱分解在玻璃上沉積TiO2薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自清潔玻璃的制備方法，其特征在于給TiCl4溶液中通入N2載氣，TiCl4由N2載氣鼓泡帶出，與O2并聯(lián)通入玻璃退火窯爐內(nèi)所玻璃的上方，經(jīng)熱分解在玻璃上沉積TiO2薄膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自清潔玻璃的制備方法，其特征在于給TiCl4溶液中通入N2載氣，TiCl4由N2載氣鼓泡帶出，與N2、N2O氣體與O2并聯(lián)通入玻璃退火窯爐內(nèi)玻璃的上方，經(jīng)熱分解在玻璃上沉積TiO2薄膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的一種自清潔玻璃的制備方法，其特征在于N2載氣的流量為2.5×10-3～3.0×10-3m3/s，O2的流量為0.6×10-3～1.0×10-3m3/s。。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、3所述的一種自清潔玻璃的制備方法，其特征在于N2O氣體的流量為1.0×10-3～1.5×10-3m3/s，O2的流量為0.6×10-3～1.0×10-3m3/s，N2載氣的流量為2.5×10-3～3.0×10-3m3/s。
6.一種自清潔玻璃的制備裝置，噴頭(12)位于玻璃退火窯爐內(nèi)由傳送帶(10)傳送的玻璃(11)的上方，液態(tài)的TiCl4(8)放置在有夾層的密閉容器(9)中，用于通入O2的管道(3)通過三通閥(7)一端與噴頭(12)聯(lián)通，其特征在于用于通入N2載氣的管道(4)的另一端通入放置密閉容器(9)中液態(tài)的TiCl4(8)中，用于通入N2的管道(1)與用于通入O2的管道(3)的上端并聯(lián)在一起，通過三通閥(7)一端與噴頭(12)聯(lián)通，另一端通入密閉容器(9)中。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種自清潔玻璃的制備裝置，其特征在于用于通入N2載氣的管道(4)的另一端通入放置密閉容器(9)中液態(tài)的TiCl4(8)中，用于通入N2的管道(1)與用于通入N2O氣體的管道(2)、用于通入O2的管道(3)的上端并聯(lián)在一起，通過三通閥(7)一端與噴頭(12)聯(lián)通，另一端通入密閉容器(9)中，用于通入N2載氣的管道(4)的另一端通入放置密閉容器(9)中液態(tài)的TiCl4(8)中。
全文摘要
一種自清潔玻璃的制備方法及制備裝置，屬于納米功能材料加工領(lǐng)域，其方法為將TiCl
文檔編號(hào)C03C17/245GK1865179SQ20061004262
公開日2006年11月22日 申請(qǐng)日期2006年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月29日
發(fā)明者李維學(xué), 王青, 戴劍峰, 馮旺軍, 魏志強(qiáng), 蘇赟, 蒲忠勝, 李揚(yáng), 吳中立 申請(qǐng)人:蘭州理工大學(xué)