本發(fā)明屬于環(huán)保技術領域，具體涉及一種活性炭基二氧化鈦光催化材料。
背景技術：
隨著環(huán)境污染問題的加劇，環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展已經成為當代人的共識，而且水資源的匱乏使得城市污水再生利用成為當今的熱點。城市污水經二級處理后，水質已經改善，帶上細菌的絕對數(shù)量任很可觀，并存在病原菌的可能，必須在去除這些微生物后，廢水才可以安全排入水體或循環(huán)再用。隨著居民對生活品質要求的不斷提高，污水處理廠的二級處理出水對城市水體造成的影響引起了人們對健康和安全問題的更多關注，消毒是城市污水再生利用水質安全保障的重要技術。
消毒主要是殺死對人體健康有害的病源微生物。常規(guī)的水中微生物消毒技術可以分為機械消毒，物理消毒和化學消毒這三種。機械消毒比如格柵等去除效率較低?；瘜W方法是利用各種化學藥劑進行消毒，常用的化學消毒劑有多種氧化劑(液氯、臭氧、溴、碘、高錳酸鉀等)、某些重金屬離子(銀、銅等)及陽離子型表面活性劑等。液氯消毒是應用最廣的消毒劑，但余氯對水生物有毒害，而且發(fā)現(xiàn)氯可與水中多種物質形成致癌或致病變的產物。在給水處理中，臭氧的殺菌效果好，但是運行成本高、持續(xù)性短。重金屬常用于除藻及工業(yè)用水消毒。以加熱、冷凍、輻照、高能輻射、紫外線和微波消毒為代表的物理殺菌等方法相對而言能耗較大，運行成本高，維護困難，阻礙了在工業(yè)應用中大量推廣。特別目前廣泛采用的紫外線用于污水消毒面臨某些特定的問題。首先，該工藝對水質有一定要求，比如當污水中有較高濃度的懸浮固體，色度等物質的時候，消毒效果會大受影響。其次，由于目前消毒設備的布置方式大部分采取浸沒式，水質問題還能影響紫外燈的工作周期和壽命，可能會出現(xiàn)紫外燈結垢，甚至破裂等問題。因此，紫外消毒系統(tǒng)存在一定的不穩(wěn)定性。
和傳統(tǒng)的方法相比，TiO2光催化和紫外聯(lián)合消毒技術不僅能殺死細菌，而且能同時降解細菌釋放出的有毒化合物，徹底消除細菌的危害。已經有大量的研究表明，TiO2光催化技術能有效降解以印染廢水，農藥廢水，表面活性劑，鹵代物和油類為代表的有機污染物。
然而，TiO2只有在紫外光的激發(fā)下才能表現(xiàn)光催化活性，反應速率相對較低，而且現(xiàn)有技術中采用的納米TiO2粉體懸浮體系，存在粉體容易團聚，難回收和重復利用性差的問題。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種活性炭基二氧化鈦光催化材料，本發(fā)明的活性炭基二氧化鈦光催化劑凝固性好，回收率高且可重復利用，降低了水處理的生產成本。
一種活性炭基二氧化鈦光催化材料，以空心柱狀的活性炭為基底材料，內外壁加有固化光催化薄膜，所述光催化薄膜為微孔型顆粒膜，所述光催化薄膜采用納米薄膜。
所述活性炭基二氧化鈦光催化材料的制備方法，其步驟如下：
步驟1，將活性炭進行蒸餾水浸泡清洗，然后浸泡無水乙醇，加熱烘干；
步驟2，制備發(fā)泡液：以低溫發(fā)泡劑為原料，輔以分散劑和緩釋劑，在乙醇溶液中進行攪拌，混合得到低濃度發(fā)泡液；
步驟3，將清洗干凈的活性炭浸泡至發(fā)泡液中，晾干，低溫固化，反復浸泡形成發(fā)泡膜；
步驟4，制備光催化液：以納米二氧化鈦為原料，納米二氧化硅為改性劑，輔以穩(wěn)定劑、分散劑以及乳化劑，以聚乙二醇和丙酮的混合液為溶劑，超聲攪拌得到光催化液；
步驟5，將光催化液曝氣噴涂在步驟3中的活性炭表面，然后噴涂固化液，并快速風冷固化，得到固化光催化膜；
步驟6，將步驟5中的活性炭放入馬弗爐中進行梯度升溫反應，自然冷卻后得到活性炭基二氧化鈦光催化材料。
所述步驟1中的蒸餾水完成了表面灰塵清洗，無水乙醇能夠洗滌污染物，所述烘干的溫度為50-70℃，烘干時間為120-480min。
所述步驟2中的發(fā)泡液配方為：低溫發(fā)泡劑2-15份、分散劑3-5份、緩釋劑1-2份、乙醇25-45份；所述低溫發(fā)泡劑采用聚碳酸或聚碳酸鹽，所述分散劑采用微晶石蠟，緩釋劑采用多孔淀粉吸附劑。
所述步驟2中的發(fā)泡液的制備方法是先將分散劑低溫攪拌加入乙醇中，然后將緩釋劑與低溫發(fā)泡劑粉體混合后緩慢加入乙醇中，最后攪拌均勻即可得到發(fā)泡液；所述分散劑低溫攪拌溶解的溫度為40-60℃。
所述步驟3中浸泡時間為5-12min，所述晾干方式是自然晾干，所述低溫固化溫度為50-65℃，所述反復浸泡的次數(shù)為5-35次。
所述步驟4中的光催化液配方為納米二氧化鈦5-11份、納米二氧化硅2-4份、穩(wěn)定劑1-2份、分散劑3-6份、乳化劑2-4份、溶劑40-50份。
所述步驟4中的納米二氧化鈦粒徑為10-240nm，所述納米二氧化硅粒徑為200-400nm，所述穩(wěn)定劑采用乙酸丙酮，所述分散劑采用聚乙烯吡咯烷酮或聚丙烯酰胺分散劑，所述乳化劑采用天然O/W乳化劑，所述溶劑中聚乙二醇和丙酮配比為1-2.3。
所述步驟4中的超聲攪拌頻率為11-30kHz，超聲時間為11-35min。
所述步驟5中的曝氣氣體為氮氣，曝氣涂覆量為10-40mg/cm2，所述固化液噴涂量為0.01-0.13mg/cm2，所述固化液是間苯二胺含量為1-2％的乙醇溶液。
所述步驟5中的風冷溫度為0.1-5℃，所述風冷流速為5-15mL/min。
所述步驟6的梯度升溫方法為：1)溫度為50-70℃條件下加熱2-3h，2)以15℃/min的速度升溫至150-200℃，恒溫1-1.5h；3)以20-30℃/min的速度升溫至350-400℃，恒溫0.3-0.6h。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果：
1、本發(fā)明的活性炭基二氧化鈦光催化劑凝固性好，回收率高且可重復利用，降低了水處理的生產成本。
2、本發(fā)明提供的光催化劑微孔性能佳，孔隙率高，表面裸露率高，降解殺菌效率高。
3、本發(fā)明提供的方法具有生產方便，具有高產量、高效率的優(yōu)點。
具體實施方式
下面結合實施例對本發(fā)明做進一步描述：
實施例1
一種活性炭基二氧化鈦光催化材料，以空心柱狀的活性炭為基底材料，內外壁加有固化光催化薄膜，所述光催化薄膜為微孔型顆粒膜，所述光催化薄膜采用納米薄膜。
所述活性炭基二氧化鈦光催化材料的制備方法，其步驟如下：
步驟1，將活性炭進行蒸餾水浸泡清洗，然后浸泡無水乙醇，加熱烘干；
步驟2，制備發(fā)泡液：以低溫發(fā)泡劑為原料，輔以分散劑和緩釋劑，在乙醇溶液中進行攪拌，混合得到低濃度發(fā)泡液；
步驟3，將清洗干凈的活性炭浸泡至發(fā)泡液中，晾干，低溫固化，反復浸泡形成發(fā)泡膜；
步驟4，制備光催化液：以納米二氧化鈦為原料，納米二氧化硅為改性劑，輔以穩(wěn)定劑、分散劑以及乳化劑，以聚乙二醇和丙酮的混合液為溶劑，超聲攪拌得到光催化液；
步驟5，將光催化液曝氣噴涂在步驟3中的活性炭表面，然后噴涂固化液，并快速風冷固化，得到固化光催化膜；
步驟6，將步驟5中的活性炭放入馬弗爐中進行梯度升溫反應，自然冷卻后得到活性炭基二氧化鈦光催化材料。
所述步驟1中的蒸餾水完成了表面灰塵清洗，無水乙醇能夠洗滌污染物，所述烘干的溫度為50℃，烘干時間為120min。
所述步驟2中的發(fā)泡液配方為：低溫發(fā)泡劑2份、分散劑3份、緩釋劑1份、乙醇25份；所述低溫發(fā)泡劑采用聚碳酸，所述分散劑采用微晶石蠟，緩釋劑采用多孔淀粉吸附劑。
所述步驟2中的發(fā)泡液的制備方法是先將分散劑低溫攪拌加入乙醇中，然后將緩釋劑與低溫發(fā)泡劑粉體混合后緩慢加入乙醇中，最后攪拌均勻即可得到發(fā)泡液；所述分散劑低溫攪拌溶解的溫度為40℃。
所述步驟3中浸泡時間為5min，所述晾干方式是自然晾干，所述低溫固化溫度為50℃，所述反復浸泡的次數(shù)為5次。
所述步驟4中的光催化液配方為納米二氧化鈦5份、納米二氧化硅2份、穩(wěn)定劑1份、分散劑3份、乳化劑2份、溶劑40份。
所述步驟4中的納米二氧化鈦粒徑為10nm，所述納米二氧化硅粒徑為200nm，所述穩(wěn)定劑采用乙酸丙酮，所述分散劑采用聚乙烯吡咯烷酮，所述乳化劑采用天然O/W乳化劑，所述溶劑中聚乙二醇和丙酮配比為1。
所述步驟4中的超聲攪拌頻率為11kHz，超聲時間為11min。
所述步驟5中的曝氣氣體為氮氣，曝氣涂覆量為10mg/cm2，所述固化液噴涂量為0.01mg/cm2，所述固化液是間苯二胺含量為1％的乙醇溶液。
所述步驟5中的風冷溫度為0.1℃，所述風冷流速為5mL/min。
所述步驟6的梯度升溫方法為：1)溫度為50℃條件下加熱2h，2)以15℃/min的速度升溫至150℃，恒溫1h；3)以20℃/min的速度升溫至350℃，恒溫0.3h。
實施例2
一種活性炭基二氧化鈦光催化材料，以空心柱狀的活性炭為基底材料，內外壁加有固化光催化薄膜，所述光催化薄膜為微孔型顆粒膜，所述光催化薄膜采用納米薄膜。
所述活性炭基二氧化鈦光催化材料的制備方法，其步驟如下：
步驟1，將活性炭進行蒸餾水浸泡清洗，然后浸泡無水乙醇，加熱烘干；
步驟2，制備發(fā)泡液：以低溫發(fā)泡劑為原料，輔以分散劑和緩釋劑，在乙醇溶液中進行攪拌，混合得到低濃度發(fā)泡液；
步驟3，將清洗干凈的活性炭浸泡至發(fā)泡液中，晾干，低溫固化，反復浸泡形成發(fā)泡膜；
步驟4，制備光催化液：以納米二氧化鈦為原料，納米二氧化硅為改性劑，輔以穩(wěn)定劑、分散劑以及乳化劑，以聚乙二醇和丙酮的混合液為溶劑，超聲攪拌得到光催化液；
步驟5，將光催化液曝氣噴涂在步驟3中的活性炭表面，然后噴涂固化液，并快速風冷固化，得到固化光催化膜；
步驟6，將步驟5中的活性炭放入馬弗爐中進行梯度升溫反應，自然冷卻后得到活性炭基二氧化鈦光催化材料。
所述步驟1中的蒸餾水完成了表面灰塵清洗，無水乙醇能夠洗滌污染物，所述烘干的溫度為70℃，烘干時間為480min。
所述步驟2中的發(fā)泡液配方為：低溫發(fā)泡劑15份、分散劑5份、緩釋劑2份、乙醇45份；所述低溫發(fā)泡劑采用聚碳酸胺，所述分散劑采用微晶石蠟，緩釋劑采用多孔淀粉吸附劑。
所述步驟2中的發(fā)泡液的制備方法是先將分散劑低溫攪拌加入乙醇中，然后將緩釋劑與低溫發(fā)泡劑粉體混合后緩慢加入乙醇中，最后攪拌均勻即可得到發(fā)泡液；所述分散劑低溫攪拌溶解的溫度為60℃。
所述步驟3中浸泡時間為12min，所述晾干方式是自然晾干，所述低溫固化溫度為65℃，所述反復浸泡的次數(shù)為35次。
所述步驟4中的光催化液配方為納米二氧化鈦11份、納米二氧化硅4份、穩(wěn)定劑2份、分散劑6份、乳化劑4份、溶劑50份。
所述步驟4中的納米二氧化鈦粒徑為240nm，所述納米二氧化硅粒徑為400nm，所述穩(wěn)定劑采用乙酸丙酮，所述分散劑采用聚丙烯酰胺分散劑，所述乳化劑采用天然O/W乳化劑，所述溶劑中聚乙二醇和丙酮配比為2.3。
所述步驟4中的超聲攪拌頻率為30kHz，超聲時間為35min。
所述步驟5中的曝氣氣體為氮氣，曝氣涂覆量為40mg/cm2，所述固化液噴涂量為0.13mg/cm2，所述固化液是間苯二胺含量為2％的乙醇溶液。
所述步驟5中的風冷溫度為5℃，所述風冷流速為15mL/min。
所述步驟6的梯度升溫方法為：1)溫度為70℃條件下加熱3h，2)以15℃/min的速度升溫至200℃，恒溫1-1.5h；3)以30℃/min的速度升溫至400℃，恒溫0.6h。
實施例3
一種活性炭基二氧化鈦光催化材料，以空心柱狀的活性炭為基底材料，內外壁加有固化光催化薄膜，所述光催化薄膜為微孔型顆粒膜，所述光催化薄膜采用納米薄膜。
所述活性炭基二氧化鈦光催化材料的制備方法，其步驟如下：
步驟1，將活性炭進行蒸餾水浸泡清洗，然后浸泡無水乙醇，加熱烘干；
步驟2，制備發(fā)泡液：以低溫發(fā)泡劑為原料，輔以分散劑和緩釋劑，在乙醇溶液中進行攪拌，混合得到低濃度發(fā)泡液；
步驟3，將清洗干凈的活性炭浸泡至發(fā)泡液中，晾干，低溫固化，反復浸泡形成發(fā)泡膜；
步驟4，制備光催化液：以納米二氧化鈦為原料，納米二氧化硅為改性劑，輔以穩(wěn)定劑、分散劑以及乳化劑，以聚乙二醇和丙酮的混合液為溶劑，超聲攪拌得到光催化液；
步驟5，將光催化液曝氣噴涂在步驟3中的活性炭表面，然后噴涂固化液，并快速風冷固化，得到固化光催化膜；
步驟6，將步驟5中的活性炭放入馬弗爐中進行梯度升溫反應，自然冷卻后得到活性炭基二氧化鈦光催化材料。
所述步驟1中的蒸餾水完成了表面灰塵清洗，無水乙醇能夠洗滌污染物，所述烘干的溫度為65℃，烘干時間為350min。
所述步驟2中的發(fā)泡液配方為：低溫發(fā)泡劑13份、分散劑4份、緩釋劑2份、乙醇35份；所述低溫發(fā)泡劑采用聚碳酸，所述分散劑采用微晶石蠟，緩釋劑采用多孔淀粉吸附劑。
所述步驟2中的發(fā)泡液的制備方法是先將分散劑低溫攪拌加入乙醇中，然后將緩釋劑與低溫發(fā)泡劑粉體混合后緩慢加入乙醇中，最后攪拌均勻即可得到發(fā)泡液；所述分散劑低溫攪拌溶解的溫度為55℃。
所述步驟3中浸泡時間為9min，所述晾干方式是自然晾干，所述低溫固化溫度為62℃，所述反復浸泡的次數(shù)為25次。
所述步驟4中的光催化液配方為納米二氧化鈦9份、納米二氧化硅3份、穩(wěn)定劑1份、分散劑4份、乳化劑4份、溶劑50份。
所述步驟4中的納米二氧化鈦粒徑為1140nm，所述納米二氧化硅粒徑為350nm，所述穩(wěn)定劑采用乙酸丙酮，所述分散劑采用聚乙烯吡咯烷酮，所述乳化劑采用天然O/W乳化劑，所述溶劑中聚乙二醇和丙酮配比為1.3。
所述步驟4中的超聲攪拌頻率為18kHz，超聲時間為25min。
所述步驟5中的曝氣氣體為氮氣，曝氣涂覆量為35mg/cm2，所述固化液噴涂量為0.09mg/cm2，所述固化液是間苯二胺含量為1.1％的乙醇溶液。
所述步驟5中的風冷溫度為3℃，所述風冷流速為13mL/min。
所述步驟6的梯度升溫方法為：1)溫度為55℃條件下加熱2h，2)以15℃/min的速度升溫至180℃，恒溫1.5h；3)以30℃/min的速度升溫至380℃，恒溫0.5h。
實施例1-3的1.5h的抗菌效果如下：
以上所述僅為本發(fā)明的一實施例，并不限制本發(fā)明，凡采用等同替換或等效變換的方式所獲得的技術方案，均落在本發(fā)明的保護范圍內。