專利名稱：三維納米二氧化鈦纖維球的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種光催化劑的結(jié)構(gòu)，屬于光催化功能材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
二氧化鈦光催化氧化是一種高級(jí)氧化技術(shù)，在難降解有機(jī)廢水的預(yù)處理、深度處理和微 污染水源水處理等水質(zhì)控制方面具有廣闊的應(yīng)用前景。該技術(shù)工藝簡(jiǎn)單、成本低廉，無二次 污染，是典型的環(huán)境友好技術(shù)之一，開發(fā)研制高效實(shí)用的二氧化鈦光催化功能材料是國內(nèi)外 學(xué)者研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。
二氧化鈦光催化劑的主要應(yīng)用形式有納米粉、薄膜和負(fù)載光催化劑等，這些應(yīng)用形式均 存在著難以克服的缺陷。將納米粉二氧化鈦直接應(yīng)用于水和廢水處理，催化劑難以分離回收， 從而導(dǎo)致運(yùn)行費(fèi)用偏高，限制了此類催化劑的實(shí)際應(yīng)用。將納米二氧化鈦固定于載體上，導(dǎo) 致催化劑的比表面積與體積比大大降低，嚴(yán)重降低了光催化效率和活性，加之二氧化鈦固定 化技術(shù)還很不成熟，催化劑的脫落流失在所難免。因此，有必要研制開發(fā)一種具有較高的光 催化活性，又適宜快速分離的新型光催化劑，納米二氧化鈦纖維的出現(xiàn)為解決上述瓶頸問題 提供了全新的途徑。
目前，納米二氧化鈦纖維的制備技術(shù)見諸報(bào)道的有KDC法、溶熱法及傳統(tǒng)的溶膠凝膠法， 所獲得的產(chǎn)物只能歸于纖維狀二氧化鈦晶須或短纖維，獲得的纖維長度至多幾厘米。在實(shí)際 應(yīng)用時(shí)，二氧化鈦纖維在水流作用下易散亂，以致存在處理效果不穩(wěn)定，催化劑回收不理想 等問題。 發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有各種納米二氧化鈦光催化劑的存在形式以及納米二氧化鈦纖維在水 處理應(yīng)用中存在的缺陷(例如難于固定成型，受水流沖擊易散亂、光能利用率低，處理效果 不穩(wěn)等)，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、光能利用率高的三維納米二氧化鈦纖維球，這種球型的二氧化 鈦纖維催化劑耐水流沖擊，不僅可有效利用包覆其表面的光導(dǎo)纖維傳遞的光能，還可起到流 離生物載體的作用，進(jìn)一步提高水處理效果。
本實(shí)用新型采用下述技術(shù)解決方案
三維納米二氧化鈦纖維球包括鏤空球形外殼和二氧化鈦纖維球，二氧化鈦纖維球填充在 鏤空球形外殼內(nèi)，二氧化鈦纖維球的外表面分散纏繞有一組光導(dǎo)纖維，所有光導(dǎo)纖維的尾端 插入二氧化鈦纖維球內(nèi)部，始端由二氧化鈦纖維球內(nèi)部穿出并伸出鏤空球形外殼。
鏤空的球形外殼由兩個(gè)半球外殼連接而成。
本實(shí)用新型將具有一定空隙和疏密度的二氧化鈦纖維球裝在球形外殼中，進(jìn)一步提高了 二氧化鈦纖維的耐水流沖擊負(fù)荷的能力，可使水處理裝置運(yùn)行周期延長。制備簡(jiǎn)單，便于回 收。并且使用了光導(dǎo)纖維束，使二氧化鈦纖維內(nèi)部和外部均勻感受太陽光或人工光源發(fā)射的 光，從而提高光能利用率。在處理污水時(shí)除了光催化氧化，還會(huì)起到流離生物載體的作用' 提高凈化效率。

圖I是本實(shí)用新型中的鏤空球形外殼的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實(shí)用新型中填充在鏤空球形外殼內(nèi)的二氧化鈦纖維球的結(jié)構(gòu)示意圖。 其中1、鏤空球形外殼，2、鋁夾，3、光導(dǎo)纖維，4、 二氧化鈦纖雍球。
具體實(shí)施方式

本實(shí)用新型的三維納米二氧化鈦纖維球包括圖1所示的鏤空球形外殼1和圖2所示的納 米二氧化鈦纖維球4， 二氧化鈦纖維球4填充在鏤空球形外殼1內(nèi)。圖1所示的鏤空球形外 殼l由兩個(gè)用鋁質(zhì)筋條編制的半球外殼通過幾個(gè)鋁夾2連接而成，兩個(gè)半球外殼可打開。圖 2所示的二氧化鈦纖維球4的外表面分散纏繞有一組光導(dǎo)纖維3，所有光導(dǎo)纖維的尾端插入二 氧化鈦纖維球內(nèi)部，始端由二氧化鈦纖維球內(nèi)部穿出并伸出鏤空球形外殼1。
本實(shí)用新型的三維納米二氧化鈦纖維球采用以下方法制備
首先制備二氧化鈦纖維球。將粘度為4 6P&s的二氧化鈦前驅(qū)體紡絲液倒入離心管中， 離心管固定在旋轉(zhuǎn)模具上，選擇圖1中的鋁質(zhì)鏤空球形外殼1的任一孔插入，開啟旋轉(zhuǎn)模具， 轉(zhuǎn)速為4000 6000 r/min，使之以0.5 m/min的速度沿球體直徑平移，移動(dòng)范圍為球體內(nèi)部， 在球體內(nèi)壁附著一層二氧化鈦纖維，并具有一定的疏密度；改變旋轉(zhuǎn)角度，將模具插入另一 孔，沿球體直徑繼續(xù)甩絲，移動(dòng)速度為0.4m/min，移動(dòng)范圍仍為球體內(nèi)部，于是在第一層二 氧化鈦纖維基礎(chǔ)上繼續(xù)附著第二層二氧化鈦纖維，相比于第一層纖維密些，且相互交叉；改 變旋轉(zhuǎn)角度和速度，再將模具插入其它孔，按上述方法繼續(xù)甩絲，最終獲得基本填滿球形外 殼，疏密相間的三維二氧化鈦纖維球體前驅(qū)體。松開圖1中的鋁夾2，將鋁制球形外殼l打 開，取出二氧化鈦纖維球前驅(qū)體置于程序升溫爐中，采用特殊的程序升溫?zé)崽幚砘罨に噷?duì) 其進(jìn)行25'C 700'C的水蒸汽熱處理，制成二氧化鈦纖維球。
將八束光導(dǎo)纖維3從所制成的二氧化鈦纖維球4的一端穿過，從另一端抽出，均勻地纏 繞在二氧化鈦纖維球的外部，尾端伸入二氧化鈦纖維球4不同的區(qū)域。
將纏繞有光導(dǎo)纖維的二氧化鈦纖維球4再次放在鋁質(zhì)鏤空球形外殼1中，八束光導(dǎo)纖維的 始端從鏤空的球形外殼中伸出，以便接受光照，此即為成型的可用于水處理的三維納米二氧 化鈦纖維球。
本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)
① 由于光導(dǎo)纖維束的使用，使三維納米二氧化鈦纖維球內(nèi)部和外部均勻感受太陽光或人 工光源發(fā)射的光，從而提高光能利用率。
② 納米二氧化鈦纖維的強(qiáng)度高，韌性好，制備成三維球體并被固定在鋁合金外殼中，提 高了耐水流沖擊負(fù)荷的能力，可使裝置運(yùn)行周期延長，具有在水處理中實(shí)際應(yīng)用的特質(zhì)。
③ 納米二氧化鈦纖維制成具有一定空隙和疏密度的球體，在處理污水時(shí)除了光催化氧 化，還會(huì)起到流離生物載體的作用，提高凈化效率。
④ 三維納米二氧化鈦纖維球制備簡(jiǎn)單，回收方便。
權(quán)利要求1.一種三維納米二氧化鈦纖維球，其特征在于包括鏤空球形外殼和二氧化鈦纖維球，二氧化鈦纖維球填充在鏤空球形外殼內(nèi)，二氧化鈦纖維球的外表面分散纏繞有一組光導(dǎo)纖維，所有光導(dǎo)纖維的尾端插入二氧化鈦纖維球內(nèi)部，始端由二氧化鈦纖維球內(nèi)部穿出并伸出鏤空球形外殼。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維納米二氧化鈦纖維球，其特征在于所述鏤空球形外殼由兩個(gè) 半球外殼連接而成。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種三維納米二氧化鈦纖維球，包括鏤空球形外殼和二氧化鈦纖維球，二氧化鈦纖維球填充在鏤空球形外殼內(nèi)，二氧化鈦纖維球的外表面分散纏繞有一組光導(dǎo)纖維，所有光導(dǎo)纖維的尾端插入二氧化鈦纖維球內(nèi)部，始端由二氧化鈦纖維球內(nèi)部穿出并伸出鏤空球形外殼。本實(shí)用新型將具有一定空隙和疏密度的三維二氧化鈦球裝在球形外殼中，提高了耐水流沖擊負(fù)荷的能力，可使水處理裝置運(yùn)行周期延長。并且使用了光導(dǎo)纖維束，使球形納米二氧化鈦纖維內(nèi)部和外部均勻感受太陽光或人工光源發(fā)射的光，從而提高光能利用率。在處理污水時(shí)除了光催化氧化，還會(huì)起到流離生物載體的作用，提高凈化效率。
文檔編號(hào)B01J21/00GK201127893SQ20072003068
公開日2008年10月8日 申請(qǐng)日期2007年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月14日
發(fā)明者峰 劉, 南 包, 超 李, 馬志會(huì), 魏振濤 申請(qǐng)人:山東大學(xué)