一種新型的二氧化鈦-纖維素復(fù)合材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種新型的二氧化鈦-纖維素復(fù)合材料的制備方法。本發(fā)明利用低溫配制四氯化鈦和水的混合溶液，然后加入纖維素為模板進(jìn)行升溫處理，得到二氧化鈦納米晶負(fù)載于纖維素上的復(fù)合材料。該方法制備條件簡單，操作方便，易于大批量生產(chǎn)。制備得到的二氧化鈦-纖維素復(fù)合材料在可見光下具有很強的催化能力，能快速將羅丹明B、亞甲基藍(lán)等有機(jī)物催化降解。
【專利說明】一種新型的二氧化鈦-纖維素復(fù)合材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及納米復(fù)合材料的制備【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種二氧化鈦-纖維素可見光光催化劑的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代工業(yè)進(jìn)步和社會的發(fā)展，水污染問題日趨嚴(yán)重，已成為世界性重大環(huán)境治理難題，特別是一些難降解有機(jī)物，對人身體具有極大的危害，為了保護(hù)環(huán)境和實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，利用TiO2等半導(dǎo)體光催化劑來降解有機(jī)物分子對于治理環(huán)境是一種高效和綠色的道路，具有很大的發(fā)展前景和應(yīng)用價值。
[0003]TiO2禁帶寬度大(約為3.2eV)，需要紫外光線才能激發(fā)其產(chǎn)生電子-空穴，而太陽光中的紫外光含量極少，因而大大限制了其應(yīng)用效率。此外TiO2還具有量子效率低和回收利用困難等問題，利用TiO2作為光催化劑來催化降解有機(jī)污染物，這些問題亟待解決。纖維素來源廣泛，價格便宜，無任何污染，而且纖維素上存在的羥基能夠使TiO2易于負(fù)載至其上面，使催化劑回收利用非常方便。另外，纖維素本身具有良好吸附性，能夠吸附溶液中的一些有機(jī)污染物，對于催化速度和能力有很大增強，因此引起了人們的極大關(guān)注。目前纖維素為模板制備TiO2的方法，都需要高溫處理提高二氧化鈦結(jié)晶度，但燒結(jié)處理導(dǎo)致纖維素降解，二氧化鈦納米顆粒聚集，導(dǎo)致其比表面積下降，且消耗大量能量。雖然國內(nèi)專利CN103121712A已經(jīng)申請了在纖維素纖維為模板制備超長纖維狀二氧化鈦，但是其制備工藝較為復(fù)雜，且沒有可見光光催化功能；專利CN 101745430也申請了纖維素為模板制備具有光催化活性的纖維素復(fù)合材料，但是其過程繁瑣，且要在高溫下燒結(jié)，增大了能源消耗，實際催化利用的只是二氧化鈦。本發(fā)明將在較低溫度下合成制備二氧化鈦納米晶負(fù)載于纖維素上的復(fù)合材料，該材料結(jié)晶度高，比表面積大，兼具二氧化鈦納米晶和纖維素的優(yōu)點，具有很好的可見 光光催化能力，在太陽光下能夠迅速降解有機(jī)污染物。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的在于提供一種簡單的二氧化鈦-纖維素復(fù)合材料制備方法，該方法制備條件簡單，操作方便，易于大批量生產(chǎn)。得到的復(fù)合材料在可見光下具有很強催化性能。
[0005]本發(fā)明的目的可通過如下的技術(shù)方案予以實現(xiàn):
采用天然高分子基質(zhì)為模板通過液相合成原位生長納米粒子制備高分子基納米復(fù)合材料，天然高分子模板表面具有很多功能基團(tuán)，易于吸附納米顆粒并能很好地分散于水溶液中。
[0006]本發(fā)明中提出的二氧化鈦-纖維素復(fù)合材料制備方法具體制備步驟如下:(I)將四氯化鈦加入到液氮中，然后向其加入水，其中，水和四氯化鈦(TiCl4)的質(zhì)量比范圍為10-100:1，并攪拌均勻，制得前驅(qū)體溶液；
(2)在攪拌條件下將纖維素加入到步驟(1)所制備的前驅(qū)體溶液中混合，混合后纖維素和四氯化鈦的質(zhì)量比范圍為廣80:1，然后在2(T90°C條件下攪拌加熱4~72h，制得加熱反應(yīng)溶液；
(3)將步驟(2)制備的加熱反應(yīng)溶液離心清洗，之后置于4(T80°C烘箱中烘干，得到二氧化鈦-纖維素復(fù)合材料。
[0007]優(yōu)選地，步驟(I)中加入的水為去離子水、蒸餾水等純凈水。
[0008]優(yōu)選地，步驟(I)中所述攪拌為超聲攪拌。
[0009]優(yōu)選地，步驟(2)中所述在2(T90°C條件下攪拌加熱4?72h，是將所述混合后的混合液轉(zhuǎn)移至三口燒瓶中后進(jìn)行的。
[0010]本發(fā)明的突出特點是:復(fù)合材料制備方便，操作簡單；得到的復(fù)合材料在可見光下具有很強的催化性能；復(fù)合材料回收利用方便，且不會對環(huán)境產(chǎn)生污染。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明實施例1樣品的掃描電鏡圖。
[0012]圖2為本發(fā)明實施例2樣品的光催化降解圖。
【具體實施方式】
[0013]實施例1
本實施例中二氧化鈦-纖維素復(fù)合材料制備方法包括以下步驟:
(I)將Iml四氯化鈦滴入液氮中，然后往里面緩慢滴加去離子水，其中去離子水和四氯化鈦質(zhì)量比為50:1，然后超聲攪拌均勻，制得前驅(qū)體溶液。
[0014](2)稱取0.2g纖維素，在攪拌條件下將其加入到步驟(I)中所制備的前驅(qū)體溶液中混合，其中，纖維素和四氯化鈦質(zhì)量比控制在10:1，然后將混合后所得的混合液轉(zhuǎn)移至三口燒瓶中，在30°c條件下攪拌加熱72h，制得加熱反應(yīng)溶液。
[0015](3)將步驟(2)得到的加熱反應(yīng)溶液離心清洗，之后置于40°C烘箱中烘干，得到二氧化鈦-纖維素復(fù)合材料。得到的產(chǎn)品掃描電鏡圖見圖1。
[0016]取0.15g所制備的催化劑，將其與IOOml的5mg/L羅丹明B溶液混合，在黑暗中攪拌Ih之后，用可見光(λ >420 nm)的光照射，60分鐘后光催化降解率達(dá)到100%。
[0017]實施例2
本實施例中二氧化鈦-纖維素復(fù)合材料制備方法包括以下步驟:
(I)將Iml四氯化鈦滴入液氮中，然后往里面緩慢滴加去離子水，其中去離子水和四氯化鈦質(zhì)量比為60:1，然后超聲攪拌均勻，制得前驅(qū)體溶液。
[0018](2)稱取0.2g纖維素，在攪拌條件下將其加入到步驟(I)中所制備的前驅(qū)體溶液中混合，其中纖維素和四氯化鈦質(zhì)量比控制在40:1，然后將混合后所得的混合液轉(zhuǎn)移至三口燒瓶中，在70°C條件下攪拌加熱24h，制得加熱反應(yīng)溶液。
[0019](3)將步驟(2)得到的加熱反應(yīng)溶液離心清洗，之后置于80°C烘箱中烘干，得到二氧化鈦-纖維素復(fù)合材料。
[0020]取0.15g所制備的催化劑，將其與IOOml的5mg/L羅丹明B溶液混合，在黑暗中攪拌Ih之后，用可見光(λ >420 nm)的光照射，得到的產(chǎn)品光催化降解圖見圖2。
[0021]實施例3
本實施例中二氧化鈦-纖維素復(fù)合材料制備方法包括以下步驟: (I)將1.5ml四氯化鈦滴入液氮中，然后往里面緩慢滴加去離子水，其中去離子水和四氯化鈦質(zhì)量比為70:1，然后超聲攪拌均勻，制得前驅(qū)體溶液。
[0022](2)稱取0.2g纖維素，在攪拌條件下將其加入到步驟(I)中所制備的前驅(qū)體溶液中混合，其中纖維素和四氯化鈦質(zhì)量比控制為80:1，然后將混合后所得的混合液轉(zhuǎn)移至三口燒瓶中，在80°C條件下攪拌加熱12h，制得加熱反應(yīng)溶液。
[0023](3)將步驟(2)得到的加熱反應(yīng)溶液離心清洗，之后置于80°C烘箱中烘干，得到二氧化鈦-纖維素復(fù)合材料。
[0024]取0.15g所制備的催化劑，將其與IOOml的5mg/L羅丹明B溶液混合，在黑暗中攪拌Ih之后，用可見光(λ >420 nm)的光照射，40分鐘后光催化降解率達(dá)到100%。
[0025]實施例4
(I)將1.5ml四氯化鈦滴入液氮中，然后往里面緩慢滴加去離子水，其中去離子水和四氯化鈦質(zhì)量比為70:1，然后超聲攪拌均勻，制得前驅(qū)體溶液。
[0026](2)稱取0.5g纖維素，在攪拌條件下將其加入到步驟(I)中所制備的前驅(qū)體溶液中混合，其中纖維素和四氯化鈦質(zhì)量比控制為30:1，然后將混合后所得的混合液轉(zhuǎn)移至三口燒瓶中，在90°C條件下攪拌加熱6h，制得加熱反應(yīng)溶液。
[0027](3)將步驟(2)得到的加熱反應(yīng)溶液離心清洗，之后置于80°C烘箱中烘干，得到二氧化鈦-纖維素復(fù)合材料。
[0028]取0.15g所制備的催化劑，將其與IOOml的5mg/L羅丹明B溶液混合，在黑暗中攪拌Ih之后，用可見光(λ >420 nm)的光照射，30分鐘后光催化降解率達(dá)到100%。
[0029]實施例5
(I)將1.5ml四氯化鈦滴入液氮中，然后往里面緩慢滴加去離子水，其中去離子水和四氯化鈦質(zhì)量比為10:1，然后超聲攪拌均勻，制得前驅(qū)體溶液。
[0030](2)稱取0.1g纖維素，在攪拌條件下將其加入到步驟(I)中所制備的前驅(qū)體溶液中混合，其中纖維素和四氯化鈦質(zhì)量比控制為30:1，然后將混合后所得的混合液轉(zhuǎn)移至三口燒瓶中，在90°C條件下攪拌加熱8h，制得加熱反應(yīng)溶液。
[0031](3)將步驟(2)得到的加熱反應(yīng)溶液離心清洗，之后置于80°C烘箱中烘干，得到二氧化鈦-纖維素復(fù)合材料。
[0032]取0.15g所制備的催化劑，將其與IOOml的5mg/L羅丹明B溶液混合，在黑暗中攪拌Ih之后，用可見光(λ >420 nm)的光照射，50分鐘后光催化降解率達(dá)到100%。
[0033]實施例6
(I)將0.5ml四氯化鈦滴入液氮中，然后往里面緩慢滴加去離子水，其中去離子水和四氯化鈦質(zhì)量比為100:1，然后超聲攪拌均勻，制得前驅(qū)體溶液。
[0034](2)稱取0.4g纖維素，在攪拌條件下將其加入到步驟(I)中所制備的前驅(qū)體溶液中混合，其中纖維素和四氯化鈦質(zhì)量比控制為50:1，然后將混合后所得的混合液轉(zhuǎn)移至三口燒瓶中，在60°C條件下攪拌加熱48h，制得加熱反應(yīng)溶液。
[0035](3)將步驟(2)得到的加熱反應(yīng)溶液離心清洗，之后置于80°C烘箱中烘干，得到二氧化鈦-纖維素復(fù)合材料。
[0036]取0.15g所制備的催化劑，將其與IOOml的5mg/L羅丹明B溶液混合，在黑暗中攪拌Ih之后,用可見光(λ >420 nm)的光照射,65分鐘后光催化降解率達(dá)到100%。[0037]盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對這些實施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同限定。
【權(quán)利要求】
1.一種二氧化鈦-纖維素復(fù)合材料制備方法，其特征在于，所述制備方法包括以下步驟: (1)將四氯化鈦加入到液氮中，然后向其加入水，其中，水和四氯化鈦的質(zhì)量比范圍為10-100:1，并攪拌均勻，制得前驅(qū)體溶液； (2)在攪拌條件下將纖維素加入到步驟(1)所制備的前驅(qū)體溶液中混合，混合后纖維素和四氯化鈦的質(zhì)量比范圍為廣80:1，然后在2(T90°C條件下攪拌加熱4~72h，制得加熱反應(yīng)溶液； (3)將步驟(2)制備的加熱反應(yīng)溶液離心清洗，之后置于4(T80°C烘箱中烘干，得到二氧化鈦-纖維素復(fù)合材料。
2.如權(quán)利要求1所述的一種二氧化鈦-纖維素復(fù)合材料制備方法，其特征在于，步驟(I)中加入的水為去離子水或蒸餾水。
3.如權(quán)利要求1所述的一種二氧化鈦-纖維素復(fù)合材料制備方法，其特征在于，步驟(1)中所述攪拌為超聲攪拌。
4.如權(quán)利要求1所述的一種二氧化鈦-纖維素復(fù)合材料制備方法，其特征在于，步驟(2)中所述在2(T90°C條件下攪拌加熱4~72h，是將所述混合后的混合液轉(zhuǎn)移至三口燒瓶中后進(jìn)行的。
【文檔編號】C02F1/30GK103934036SQ201410166638
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月24日
【發(fā)明者】楊穆, 王戈, 彭超豪, 余巨峰, 吳滔, 汪書樂, 陳翔 申請人:北京科技大學(xué)