Спосіб формування фотокаталітично активних плівок zro2/tio2 на сплавах титану

Реферат: UA 90125 U UA 90125 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до анодної обробки сплавів титану з метою надання їй фотокаталітичних властивостей і може бути використана в хімічній та лакофарбовій промисловості, електроніці, медицині та енергетиці при виготовленні сонячних елементів. Відомий спосіб одержання плівок ZrO2/TiO2 на підкладках зі скла, вкритого F-SnO2, за зольгель технологією [1]. Суть цього способу полягає в формуванні шарів ТіО 2 з водної суспензії на основі титан (IV) оксиду методом нанесення розчину на підкладку, що обертається, зі спіканням після осадження кожного шару при температурі 450 °C впродовж 1 години. У процесі синтезу матеріалів як прекурсор застосовується ізопропоксид цирконію, що розводять у 0,1 М етанолі з подальшим нанесенням на поверхню ТіО2. Процес супроводжується спіканням впродовж 0,5 години між стадіями осадження шарів. Такий спосіб дозволяє отримувати плівки ZrO 2/TiO2 зі вмістом оксиду цирконію 9,3-30,0 % мас, які можуть застосовуватись для сонячних комірок, сенсибілізованих барвником. До недоліків вказаного способу слід віднести складність технологічного процесу, багатостадійність та застосування органічного прекурсору. Відомий спосіб [2] нанесення плівок TiO2-ZrO2 на кільця Рашига з боросилікатного скла методом занурювання у субстрат. Суть цього способу полягає в тому, що формування покриттів i n відбувається шляхом додавання алкоксидів металів Ті(ОРr )4 та Zr(OPr )4 у водний розчин нітратної кислоти з перемішуванням одержаної суспензії впродовж 3 діб. Одержані кислотні золі діалізуються до рН 2,8-3,1 з подальшим занурюванням та витяганням підкладки зі швидкістю 4 мм/с. Після нанесення кожного шару одержані матеріали висушують на повітрі за температури 100 °C впродовж 1 години. На заключному етапі плівки прожарюють при температурі 350 °C впродовж 2 годин зі швидкістю нагріву 10 °C/хвил. Синтезовані матеріали проявляють фотокаталітичну активність у реакціях окиснення ацетону і метилциклогексану. Такий спосіб дозволяє одержувати змішані оксидні плівки TiO 2-ZrO2 зі вмістом цирконію 10-20 % мас. з високою фотокаталітичною активністю, однак характеризується значною тривалістю, багатостадійністю та складністю технологічного процесу, застосуванням нітратної кислоти, що призводить до утворення нітрат-іонів у воді, енерговитратністю та великою вартістю підкладки. Відомий спосіб, вибраний як найближчий аналог [3] одержання плівок ZrO 2/TiO2 на підкладках з титану методом мікродугового оксидування, який включає формування поруватих плівок ZrO2/TiO2 методом мікродугового оксидування у водному розчині електроліту на основі K2ZrF6, NaOH, NaF з попереднім поліруванням, знежиренням у ацетоні та промиванням у дистильованій воді титанової підкладки. Процес оксидування відбувається впродовж 6 хвилин при напрузі 300 В та постійному охолодженні електроліту до температури 40 °C. Синтезовані матеріали промивають у дистильованій воді та висушують у потоці гарячого повітря. Сформовані плівки виявляють активність в процесі фотокаталітичного окиснення родаміну Б з часом напівперетворення близько 10 годин. Даний спосіб дозволяє одержувати поруваті плівки ZrO2/TiO2 з фотокаталітичними властивостями у процесі окиснення родаміну Б під дією опромінення, однак характеризується токсичністю електроліту, що містить фторидні іони, та високою енерговитратністю, а формування покриттів відбувається тільки на непоруватих підкладках. В основу корисної моделі поставлено задачу створити спосіб формування фотокаталітично активних плівок ZrO2/TiO2 на сплавах титану з високою адгезією до поверхні. Поставлена задача вирішується тим, що спосіб формування фотокаталітично активних плівок ZrO2/TiO2 на сплавах титану включає електрохімічне анодне оксидування з розчину на основі цирконій (IV) сполуки, згідно з корисною моделлю, процес проводять на підкладках зі сплавів титану, в тому числі поруватих, в гальваностатичному режимі при напрузі 20-70 В, 2 густині струму 0,1-5,0 А/дм , температурі 20-25 °C впродовж 30-60 хвилин з електроліту, що містить дифосфат лужного металу, цирконій (IV) сполуку при такому співвідношенні 3 компонентів, г/дм : дифосфат лужного металу 20-200 цирконій (IV) сполука 10-60. Заключна обробка сформованих покриттів включає промивання у воді та прожарювання впродовж 1 години при температурі 300-450 °C. За результатами дослідження елементного складу синтезованих матеріалів методом енергодисперсійної рентгенівської спектроскопії визначено, що одержані плівки містять 0,25,2 % мас. цирконію. Одержані плівки ZrO2/TiO2 виявляють фотокаталітичну активність при окисненні азобарвника метилового жовтогарячого під дією опромінення. Час напівперетворення барвника складає 1,5-6 годин. 1 UA 90125 U Зіставний аналіз запропонованої корисної моделі і найближчого аналога 1 Матеріал підкладки Найближчий аналог 2 титан Спосіб обробки мікродугове оксидування Обробка підкладки полірування; знежирення у ацетоні; промивання дистильованою водою Технологічні стадії формування покриттів мікродугове оксидування ( = 6 хв); промивання у дистильованій воді; висушування у потоці гарячого повітря Режим процесу Склад електроліту, г/дм 2 3 Густина струму, А/дм Напруга процесу, В Час фотокаталітичного напівгтеретворення барвника, год. 5 10 15 20 25 30 35 Запропонована корисна модель 3 сплави титану електрохімічне анодне оксидування полірування; знежирення у розчині карбонату натрію; промивання холодною дистильованою водою електрохімічне анодне оксидування (t=20-25 °C,  = 3060 хв); промивання у воді; прожарювання (t=300-50 °C;  = 1 год.) анодний режим при частоті гальваностатичний імпульсів 700 Гц фторцирконат калію - 7,1; гідроксид дифосфат лужного металу - 20натрію - 5; фторид натрію - 1; 200; цирконій (IV) сполука - 10-60. 0,1-5 300 20-70 10 1,5-6 Спосіб електрохімічного анодного оксидування в гальваностатичному режимі забезпечує одержання фотокаталітично активних плівок ZrO2/TiO2 на підкладках зі сплавів титану, в тому числі поруватих, з високою адгезією до поверхні та вмістом цирконію 0,2-5,2 % мас. цирконію. Приклад 1. Зразок у вигляді пластини зі сплаву титану ВТ 1-0 розміром 60 х 20 х 5 мм полірували, знежирювали у розчині карбонату натрію, промивали водою, оксидували у водному розчині, 3 3 3 який містить, г/дм : дифосфат лужного металу - 50 г/дм ; цирконій (IV) сполука - 10 г/дм при 2 густині струму 0,5 А/дм , максимальній напрузі формування 40 В впродовж 35 хвилин. Отримано покриття темно-рожевого кольору зі вмістом 0,5 % мас. цирконію. Час напівперетворення азобарвника метилового жовтогарячого під дією опромінення становить 5 годин. Приклад 2. Зразок у вигляді пластини зі сплаву титану ВТ1-0 розміром 60 х 20 х 5 мм полірували, знежирювали у розчині карбонату натрію, промивали водою, оксидували у водному розчині, 3 3 3 який містить, г/дм : дифосфат лужного металу - 200 г/дм ; цирконій (IV) сполука - 40 г/дм при 2 густині струму 1,0 А/дм , максимальній напрузі формування 70 В впродовж 60 хвилин. Отримано покриття темно-фіолетового кольору зі вмістом 1,5 % мас. цирконію. Час напівперетворення азобарвника метилового жовтогарячого під дією опромінення становить 3,5 години. Приклад 3. Зразок у вигляді пластини зі сплаву титану ОТ4-1 розміром 70 х 15 х 1,5 мм полірували, знежирювали у розчині карбонату натрію, промивали водою, оксидували у водному розчині, 3 3 3 який містить, г/дм : дифосфат лужного металу - 100 г/дм ; цирконій (IV) сполука - 50 г/дм при 2 густині струму 1,25 А/дм , максимальній напрузі формування 50 В впродовж 50 хвилин. Отримано покриття рожевого кольору зі вмістом 1,23 % мас. цирконію. Час напівперетворення азобарвника метилового жовтогарячого під дією опромінення становить 6 годин. Приклад 4. Зразок у вигляді пластини зі сплаву титану ВТ1-0 розміром 60 х 20 х 5 мм полірували, знежирювали у розчині карбонату натрію, промивали водою, оксидували у водному розчині, 3 3 3 який містить, г/дм : дифосфат лужного металу - 150 г/дм ; цирконій (IV) сполука - 40 г/дм при 2 густині струму 1,5 А/дм , максимальній напрузі формування 55 В впродовж 60 хвилин. Отримано покриття фіолетового кольору зі вмістом 2,6 % мас. цирконію. Час напівперетворення азобарвника метилового жовтогарячого під дією опромінення становить 1,5 години. 2 UA 90125 U 5 10 15 20 25 Приклад 5. Зразок у вигляді поруватої пластини зі сплаву титану ВТ 1-0 розміром 54 х 5 х 3 мм полірували, знежирювали у розчині карбонату натрію, промивали водою, оксидували у водному 3 3 розчині, який містить, г/дм : дифосфат лужного металу - 200 г/дм ; цирконій (IV) сполука - 20 3 2 г/дм при густині струму 1,25 А/дм , максимальній напрузі формування 70 В впродовж 60 хвилин. Отримано покриття синьо-рожевого кольору зі вмістом 5,2 % мас. цирконію. Час напівперетворення азобарвника метилового жовтогарячого під дією опромінення становить 2 години. Джерела інформації: 1. Menzies D.B., Cervini R., Cheng Y.-B., Simon G.P. Nanostructured ZrO2-Coated TiO2 Electrodes for Dye-Sensitised Solar Cells // Journal of Sol-Gel Science and Technology. - 2004. - № 32. - P. 363-366. 2. Hernández-Alonso M.D., Tejedor-Tejedor I., Coronado J.M., Soria J. Sol-gel preparation of TiO2-ZrO2 thin films supported on glass rings: Influence of phase composition on photocatalytic activity // Thin Solid Films. - 2006. - № 502. - P. 125-131, 3. Luo Q., Cai Q., Li X., Pan Z. Preparation and characterization of ZrO 2/TiO2 composite photocatalytic film by micro-arc oxidation // Transactions Nonferrous Metals Society of China. - 2013. № 23. - P. 2945-2950. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Спосіб формування фотокаталітично активних плівок ZrO2/TiO2 на сплавах титану, що включає електрохімічне анодне оксидування з розчину на основі цирконій(IV)сполуки, який відрізняється тим, що процес проводять на підкладках зі сплавів титану, в тому числі 2 поруватих, в гальваностатичному режимі при напрузі 20-70 В, густині струму 0,1-5,0 А/дм , температурі 20-25 °C впродовж 30-60 хвилин з електроліту, що містить дифосфат лужного 3 металу, цирконій(IV)сполуку при такому співвідношенні компонентів, г/дм : дифосфат лужного металу 20-200 цирконій(IV)сполука 10-60. Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3