專利名稱：一種纖維負載納米二氧化鈦紫外-可見光催化劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于負載型功能纖維光催化新材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種纖維原位負載納米二氧化鈦的光催化劑及其制備方法，制備的催化劑可在紫外-可見光區(qū)域?qū)崿F(xiàn)有機污染物的高效脫除。
背景技術(shù)：
隨著全球經(jīng)濟的高速發(fā)展，工業(yè)化進程的加速，環(huán)境污染問題日趨嚴峻。以石油化工、紡織印染、生物制藥等典型生產(chǎn)行業(yè)排放的難于降解的有機污染物更進一步加劇了環(huán)境的惡化。隨著環(huán)保意識的增強，有機污染物排放標準的亦日趨嚴格，國內(nèi)外均已開展相關(guān)研究工作。在有機污染物的各治理方法中，光催化技術(shù)因其具有能耗低、反應條件溫和、反應速率快等優(yōu)點，已成為當前世界有機污染物治理的主流研究方向。作為光催化劑的代表， TiO2具有催化活性高、熱穩(wěn)定性能好、使用壽命長、生物相容性好、抗腐蝕性能強等特點，倍受青睞。目前以TiA為活性組分的光催化劑的制備合成技術(shù)大致經(jīng)歷了 (1)粉體二氧化鈦催化劑制備；( 負載型二氧化鈦催化劑制備；( 纖維化二氧化鈦催化劑的制備三個歷程。粉體二氧化鈦催化劑因其存在活性組分易流失、團聚失活、難分離等不足，大大限制了其實用性。為此，科研工作者們開展了以負載方式固定二氧化鈦的催化材料和二氧化鈦纖維化光催化劑的研究工作。CN1220185A公開了一種將納米TiO2制成反向乳液，通過CO2超臨界技術(shù)將TiO2負載到纖維上。CN1546224A公開了一種玻璃纖維基納米二氧化鈦光降解觸媒絲的制備方法。 該方法通過將加熱到50 80°C的玻璃絲，浸入50 80°C的納米二氧化鈦液態(tài)前驅(qū)物中， 采用浸潤提拉法在玻璃纖維絲表面形成二氧化鈦薄膜。CN1803^1A公開了一種二氧化鈦/活性炭纖維光催化劑及其制備方法。該方法通過在氫氧化鈦乳液中加入稀硫酸溶液制得酸化乳液，將活性炭纖維通過超聲、洗滌、干燥和烘干后，浸入酸化乳液，經(jīng)過干燥、焙燒后，制成TiO2ACF光催化劑。上述這些負載型TiA 的制備大多通過沉積、沉淀等方法獲得，其TiO2與載體通常以物理方式結(jié)合，作用力不強， 仍然有流失、失活的情況發(fā)生。CN10142(^89A公開了一種納米纖維負載二氧化鈦光催化劑及其制備方法。該方法將鈦前驅(qū)體、水解抑制劑、聚合物以及有機溶劑配置成紡絲液，并按合適的靜電紡絲工藝進行紡絲；再在電紡納米纖維上引入羥基基團，將其浸入含氨化劑的水相溶液中，鈦前驅(qū)體發(fā)生水解和氨化反應，生成鈦氨絡(luò)合物，經(jīng)過焙燒等工藝獲得二氧化鈦纖維光催化材料。CN1772373A公開了一種二氧化鈦纖維光催化功能材料的制備方法。該方法將聚乙酰乙酸乙酯合鈦前驅(qū)液溶入四氫呋喃中，合成紡絲液，然后通過離心甩絲獲得前驅(qū)體纖維。CN101831728A公開了一種納米晶光催化二氧化鈦纖維的制備方法。該方法采用氫氧化鈦、過氧化氫水溶液、有機酸、硅溶膠為原料合成聚鈦溶膠紡絲液，經(jīng)離心甩絲獲得聚鈦凝膠纖維，再經(jīng)水蒸氣活化得到納米晶光催化二氧化鈦纖維。以上所述的這幾種二氧化鈦光催化劑的纖維化制備技術(shù)雖然提高其分散度，卻導致大量鈦離子進入到載體骨架之中，降低了其在載體表面活性位的暴露，一定程度上降低了其活性組分TiO2的利用率。為了提高T^2光催化劑的催化活性和穩(wěn)定性能，除了采用負載制備技術(shù)降低其活性組分流失和纖維化制備技術(shù)提高其作用力和分散度外，還應致力于提高活性組分與載體作用力的同時，提高其活性組分利用率。此外，現(xiàn)有的TiO2光催化技術(shù)多在紫外光區(qū)域有明顯活性，而在可見光區(qū)域活性往往不佳。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是制備高活性位、附著力強、穩(wěn)定性好的纖維負載納米二氧化鈦光催化材料。不僅制備工藝簡單、活性組分利用率高，而且所制備纖維負載納米二氧化鈦光催化材料，在紫外-可見光區(qū)域?qū)τ袡C污染物均有良好的脫除效果。本發(fā)明纖維負載納米二氧化鈦紫外-可見光催化劑是以高比表面積腈綸纖維為前驅(qū)體，對其進行化學修飾后，進行Ti4+的化學配位負載、水解和晾干，通過原位負載技術(shù)將納米二氧化鈦以化學結(jié)合方式錨定在纖維基團表面。本發(fā)明提供的制備方法具體步驟為將化學修飾后的腈綸纖維放入一定濃度的鈦前驅(qū)體溶液中，進行Ti4+的化學配位負載，再進行水浴加熱，纖維上配位的Ti4+在酸性溶液中發(fā)生水解反應，然后進行干燥，即得纖維負載納米二氧化鈦。所述的鈦前驅(qū)體溶液為四氯化鈦；所述的鈦前驅(qū)體溶液的濃度為0. 01 1. 00mol/L，優(yōu)選0. 01 0. 50mol/L ；所述的Ti4+與纖維化學配位反應時間為0. 1 lh，優(yōu)選0. 1 0. 4h ；所述的負載于纖維上的鈦水解的時間為1 10h，優(yōu)選1 他；所述的負載于纖維上的鈦水解的溫度為10 80°C，優(yōu)選10 60°C ；所述的負載于纖維上的鈦水解后產(chǎn)物的干燥溫度為20 100°C，優(yōu)選20 80°C ；所述的負載于纖維上的鈦水解后產(chǎn)物的干燥時間為1 Mh，優(yōu)選1 12h ；所述的化學修飾后的腈綸纖維參照文獻“螯合纖維的制備-聚丙烯腈纖維改進， 合成纖維，2001 (4) :33 35”的方法生產(chǎn)。本發(fā)明所述的纖維負載納米二氧化鈦光催化劑的光催化活性，通過其對水溶液中甲基橙、亞甲基藍、活性黃、翠藍的紫外-可見光降解進行分析評價。具體步驟為調(diào)整溶液的酸度，放入纖維負載納米二氧化鈦，在室溫條件下，經(jīng)紫外-可見光照射，分析檢測吸光度的變化來反映降解率程度。本發(fā)明的反應原理為
權(quán)利要求
1.一種纖維負載納米二氧化鈦紫外-可見光催化劑的制備方法，其特征在于首先將化學修飾的腈綸纖維(PAN)放入一定濃度的鈦前驅(qū)體溶液中，進行Ti4+的化學配位負載，在水浴加熱條件下，經(jīng)水解反應和干燥后，即得纖維負載的納米二氧化鈦光催化劑。
2.如權(quán)利要求1所述的纖維負載納米二氧化鈦的制備方法，其特征在于鈦前驅(qū)體溶液為四氯化鈦。
3.如權(quán)利要求1所述的纖維負載納米二氧化鈦的制備方法，其特征在于鈦前驅(qū)體溶液的濃度為0. 01 1. OOmol/L，優(yōu)選0. 01 0. 50mol/L ；Ti4+與纖維化學配位反應時間為 0. 1 lh，優(yōu)選0. 1 0. 4h ；水解的時間為1 10h，優(yōu)選1 ；水解的溫度為10 80°C， 優(yōu)選10 60°C。
4.如權(quán)利要求1所述的纖維負載納米二氧化鈦的制備方法，其特征在于負載于纖維上的鈦水解后產(chǎn)物的干燥溫度為20 100°C，優(yōu)選20 80°C ；干燥時間為1 Mh，優(yōu)選 1 12h。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種纖維原位負載納米二氧化鈦光催化劑及其制備方法，即以高比表面積腈綸纖維為前驅(qū)體，對其進行化學修飾后，進行Ti4+的化學配位、水解和晾干制備，通過原位負載技術(shù)將納米二氧化鈦以化學結(jié)合方式錨定在纖維表面。所合成纖維負載型納米二氧化鈦光催化劑，附著力強，穩(wěn)定性好；納米二氧化鈦以化學配位的方式結(jié)合在纖維表面，不進入纖維載體骨架，裸露在纖維表面，可有效提高二氧化鈦利用率；以配位形式結(jié)合改變了其化學環(huán)境，在可見光范圍內(nèi)對有機污染物具有更加優(yōu)異的光催化性能。
文檔編號A62D3/176GK102527440SQ20111024210
公開日2012年7月4日 申請日期2011年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月23日
發(fā)明者何蘇皖, 吳之傳, 張明芮, 陶庭先 申請人:安徽工程大學