本發(fā)明凈水技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種負(fù)載光催化劑涂層的復(fù)合陶瓷濾芯的制備方法。

背景技術(shù)：

飲用水的污染物主要有細(xì)菌(例如大腸桿菌)、有機(jī)物(例如含氯代烴、苯類化合物)和重金屬離子(例如鉛、鎘)。我們?nèi)粘Ｊ褂玫淖詠硭跉⒕幚磉^程中，一部分有機(jī)物和游離氯結(jié)合形成致癌的有機(jī)氯化物(如三氯甲烷)，此外管道內(nèi)微生物也會再繁殖，這些都影響了水的品質(zhì)，因此一般需要經(jīng)過進(jìn)一步純化處理方可飲用。適合人類飲用的水不是越純凈越好，微量元素在人骨骼、神經(jīng)系統(tǒng)、新陳代謝系統(tǒng)等的發(fā)育過程中起到至關(guān)重要的作用，而這些微量元素主要是從飲用水中汲取的。因此在水處理過程中，要盡量保留這些有益的礦物質(zhì)?，F(xiàn)有的陶瓷凈水器可以在去除細(xì)菌、有機(jī)物、重金屬離子的同時(shí)，保留人體必須的微量元素，因此廣泛應(yīng)用做家庭直飲水凈化裝置。

現(xiàn)有的大部分凈水機(jī)由于過濾了自來水中的余氯容易導(dǎo)致出水的細(xì)菌超標(biāo)。目前市面上的部分凈水機(jī)采用紫外燈殺菌保證出水安全。但是紫外線滅菌存在兩方面的缺陷，一、紫外燈殺滅的細(xì)菌在可見光照射下有存在光復(fù)活的風(fēng)險(xiǎn)。二、紫外線殺滅的細(xì)菌尸體仍殘留在水中。利用二氧化鈦光催化的原理可以進(jìn)一步分解有機(jī)物。

二氧化鈦具有良好的光化學(xué)特性，在紫外光的照射下，激活水中的氧，產(chǎn)生活性氧和羥基自由基等高氧化性能的基團(tuán)，能夠有效降解有機(jī)物和環(huán)境污染物。當(dāng)光催化應(yīng)用于水處理時(shí)，常見的使用方式為固定態(tài)和懸浮態(tài)。固定態(tài)是將二氧化鈦利用物理或化學(xué)的方式負(fù)載于具有特定形狀的材料表面，如不銹鋼板、不銹鋼網(wǎng)、玻璃等。由于光催化劑離子負(fù)載于固定的載體材料上，因此光催化劑與水的分離簡單，但是固定態(tài)的光催化劑與水的接觸不充分，故凈化效率低。懸浮態(tài)是將光催化劑粉體或顆粒分散于水中，凈化效率高，但由于光催化劑是分散于水中的，光催化劑與水的分離比較困難，具有回收難度大的缺點(diǎn)。因此，制備同時(shí)滿足光催化劑的容易回收和光催化效率高的材料將具有很大的應(yīng)用空間。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，提供一種負(fù)載光催化劑涂層的復(fù)合陶瓷濾芯的制備方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種負(fù)載光催化劑涂層的復(fù)合陶瓷濾芯的制備方法，包括如下步驟：

(1)將純度大于98％的鈦酸丁酯溶于乙醇中，配制成0.01～1mol/L的鈦酸丁酯溶液，將濃度為90～100％的乙醇水溶液添加至鈦酸丁酯溶液中，充分?jǐn)嚢杌旌戏磻?yīng)，所使用的鈦酸丁酯溶液和乙醇溶液的重量比為1～100∶100；

(2)將步驟(1)所得的物料過濾得濾餅，并進(jìn)行除雜；

(3)將步驟(2)所得的物料重新配制成濃度為0.01～1mol/L的溶液；

(4)在步驟(3)所得的溶液中加入酸進(jìn)行酸解，酸的加入量為溶液的0.01～2％；

(5)在步驟(4)所得的物料中加入增稠劑，制得穩(wěn)定的納米二氧化鈦溶膠；

(6)將上述納米二氧化鈦溶膠均勻的浸漬負(fù)載在涂層復(fù)合陶瓷坯體的內(nèi)壁面，并于60～100℃干燥3～48h，得干燥生坯，該涂層復(fù)合陶瓷坯體為一一端封閉、另一端開口的空心柱體，其制備方法包括如下步驟：

a、將硅藻土、納米活性炭粉末、分散劑、納米銀抗菌劑和去離子水以1000∶30～1500∶1～20∶0～50∶1000-2000的重量比混合進(jìn)行球磨，制得第一漿料；

b、將絮凝劑和穩(wěn)定劑加入到上述第一漿料中，繼續(xù)球磨使絮凝劑和穩(wěn)定劑均勻分散，獲得穩(wěn)定的第一部分絮凝漿料；

c、將上述第一部分絮凝漿料熟化，然后在模具內(nèi)空心注漿成型，脫模并放入烘箱干燥后獲得一端封閉、另一端開口的空心柱體狀的復(fù)合陶瓷生坯；

d、將硅藻土、分散劑和去離子水以1000∶1～20∶1000～2000的重量比混合進(jìn)行球磨，制得第二漿料；

e、將絮凝劑和穩(wěn)定劑加入到上述第二漿料中，繼續(xù)球磨使絮凝劑和穩(wěn)定劑均勻分散，獲得穩(wěn)定的第二部分絮凝漿料；

f、將第二部分絮凝漿料熟化，將熟化后的第二部分絮凝漿料負(fù)載于上述復(fù)合陶瓷生坯的內(nèi)、外表面，干燥后即得所述涂層復(fù)合陶瓷坯體；

(7)將上述干燥生坯在惰性氣體或氮?dú)獗Ｗo(hù)下，于450～950℃保溫?zé)Y(jié)1～30h，然后隨爐冷卻至室溫，得到所述負(fù)載光催化劑涂層的復(fù)合陶瓷濾芯。

在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述步驟(1)中的攪拌的速度為500～3000rpm，攪拌時(shí)間為5～300min。

在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述步驟(2)的除雜所用的介質(zhì)為乙醇、去離子水或乙醇去離子水溶液。

在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述步驟(4)的酸為鹽酸、硝酸和硫酸中的至少一種。

在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述增稠劑為聚乙烯醇、阿拉伯樹膠或羧甲基纖維素鈉。

在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述惰性氣體為氬氣、氦氣或氡氣。

本發(fā)明的有益效果：

1、本發(fā)明的原料采用純度大于98％的鈦酸丁酯，保證了過濾后的水不受原料中可能存在的有害物質(zhì)的污染。

2、本發(fā)明中的納米二氧化鈦粒子小，粒子分布窄，有助于提高二氧化鈦的光催化效果。

3、本發(fā)明中制備的納米二氧化鈦粒子的表面能大，能在低溫?zé)Y(jié)合成，燒結(jié)后與涂層復(fù)合陶瓷坯體結(jié)合良好。

4、本發(fā)明中的納米二氧化鈦涂層負(fù)載在復(fù)合陶瓷坯體的內(nèi)表面，在所得復(fù)合陶瓷濾芯過濾去除水中雜物的同時(shí)讓催化劑充分與水接觸，更好的發(fā)揮光催化的效果，避免了其它光催化材料的回收問題。

5、本發(fā)明制備的負(fù)載光催化劑涂層的復(fù)合陶瓷濾芯具有良好的光催化能力，結(jié)合紫外燈使用，能殺滅細(xì)菌，降解有機(jī)物，有效降低出水的COD含量，保證出水安全。

6、本發(fā)明制得的負(fù)載光催化劑涂層的復(fù)合陶瓷濾芯凈水流速大，利用自來水的壓力就能有出色的過濾效果。

具體實(shí)施方式

以下通過具體實(shí)施方式對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行進(jìn)一步的說明和描述。

下述各實(shí)施例所用的涂層復(fù)合陶瓷坯體的制備方法包括如下步驟：

1、依次將1000g平均粒度為30μm的硅藻土、300g平均粒度為15μm的活性炭粉末、5g水玻璃以及3g納米銀抗菌劑、1.5L去離子水裝入球磨罐中，將球磨罐密封后，以80rpm的速度進(jìn)行球磨8h，獲得分散的第一漿料。

2、打開上述球磨罐，加入5g羧甲基纖維素鈉鹽及30g鈣基膨潤土，然后以80rpm的速度繼續(xù)球磨3h，獲得穩(wěn)定的第一部分絮凝漿料。

3、將第一部分絮凝漿料靜置12h熟化，然后倒入石膏模具中，靜置15分鐘，然后將石膏模翻轉(zhuǎn)倒出剩余的漿料；保持模具倒轉(zhuǎn)，靜置180分鐘，脫模并放入80℃烘箱干燥10h后得到直徑50mm，壁厚6.5mm，長度250mm，一端封閉，另一端開口的空心柱狀的復(fù)合陶瓷生坯。

4、依次將1000g平均粒度為30μm的硅藻土、5g水玻璃、1L去離子水裝入球磨罐，將球磨罐密封后，以80rpm的速度進(jìn)行球磨10h，獲得分散的第二漿料。

5、打開上述球磨罐，加入5g羧甲基纖維素鈉鹽及30g鈣基膨潤土，然后以80rpm的速度繼續(xù)球磨3h，獲得穩(wěn)定的第二部分絮凝漿料。

6、將第二部分絮凝漿料靜置12h熟化，將熟化后的第二部分絮凝漿料導(dǎo)入復(fù)合陶瓷生坯內(nèi)部，靜置1min，倒出多余漿料，靜置1min后放入80℃烘箱烘干4h，將烘干后的復(fù)合陶瓷生坯插入陶瓷漿料中浸漬外層1min，取出，待表面涂層水分干燥后放入80℃烘箱烘干6h，獲得所述涂層復(fù)合陶瓷坯體。

實(shí)施例1

(1)將20g純度大于98％的鈦酸丁酯溶于1L乙醇中得鈦酸丁酯溶液，將1L濃度為99％的乙醇水溶液緩慢滴入上述鈦酸丁酯溶液中，充分?jǐn)嚢杌旌戏磻?yīng)3h，攪拌的速度為500～3000rpm；

(2)將步驟(1)所得的物料用濾紙過濾得濾餅，并用乙醇、去離子水間隔清洗3次以除雜；

(3)將步驟(2)所得的物料重新溶于1L去離子水中，得溶液；

(4)在步驟(3)所得的溶液中加入5mL硝酸進(jìn)行酸解；

(5)在步驟(4)所得的物料中加入50mL 2％PVA的去離子水溶液，制得穩(wěn)定的納米二氧化鈦溶膠；

(6)將上述納米二氧化鈦溶膠倒入上述涂層復(fù)合陶瓷坯體空腔中浸漬30s，倒出多余的二氧化鈦溶膠，并于80℃的烘箱中干燥10h，得干燥生坯；

(7)將上述干燥生坯在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，以2℃/min的升溫速度溫到650℃，于650℃保溫?zé)Y(jié)5h，然后隨爐冷卻至室溫，得到所述負(fù)載光催化劑涂層的復(fù)合陶瓷濾芯。

用孔隙率測定儀對制得的復(fù)合陶瓷濾芯檢測后發(fā)現(xiàn)，濾芯的孔隙率58％；再將制得的復(fù)合陶瓷濾芯壁切成6mm×6mm×50mm的長條，檢測其三點(diǎn)抗彎強(qiáng)度，其三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度14MPa；本發(fā)明中，利用一端封閉，另外一端開口的復(fù)合陶瓷濾芯進(jìn)行重力過濾的過濾效果檢測，將未過濾的水加入到復(fù)合陶瓷濾芯內(nèi)，然后對濾芯中滲透出來的過濾后的水進(jìn)余氯去除率、鉛離子去除率、肉眼可見物、渾濁度和陶瓷濾芯開孔孔隙率的分析檢測，水中殘氯去除氯＞99％；鉛去除率＞99％；無肉眼可見物；渾濁度＜0.1NTU；本發(fā)明的負(fù)載光催化劑復(fù)合陶瓷濾芯結(jié)合紫外燈進(jìn)行殺菌和COD去除率實(shí)驗(yàn)，細(xì)菌去除率＞99.9％，COD的去除率＞75％。

實(shí)施例2

(1)將80g純度大于98％的鈦酸丁酯溶于1L乙醇中得鈦酸丁酯溶液，將2L濃度為96％的乙醇水溶液緩慢滴入上述鈦酸丁酯溶液中，充分?jǐn)嚢杌旌戏磻?yīng)5h，攪拌的速度為500～3000rpm；

(2)將步驟(1)所得的物料用濾紙過濾得濾餅，并用乙醇清洗4次以除雜；

(3)將步驟(2)所得的物料重新溶于1L去離子水中，得溶液；

(4)在步驟(3)所得的溶液中加入20mL硝酸進(jìn)行酸解；

(5)在步驟(4)所得的物料中加入80mL 1.5％PVA的去離子水溶液，制得穩(wěn)定的納米二氧化鈦溶膠；

(6)將上述納米二氧化鈦溶膠倒入上述涂層復(fù)合陶瓷坯體空腔中浸漬120s，倒出多余的二氧化鈦溶膠，并于100℃的烘箱中干燥6h，得干燥生坯；

(7)將上述干燥生坯在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，以2℃/min的升溫速度溫到750℃，于750℃保溫?zé)Y(jié)3h，然后隨爐冷卻至室溫，得到所述負(fù)載光催化劑涂層的復(fù)合陶瓷濾芯。

用孔隙率測定儀對制得的復(fù)合陶瓷濾芯檢測后發(fā)現(xiàn)，濾芯的孔隙率62％；再將制得的復(fù)合陶瓷濾芯壁切成6mm×6mm×50mm的長條，檢測其三點(diǎn)抗彎強(qiáng)度，其三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度16MPa；本發(fā)明中，利用一端封閉，另外一端開口的濾芯進(jìn)行重力過濾的過濾效果檢測，將未過濾的水加入到復(fù)合陶瓷濾芯內(nèi)，然后對濾芯中滲透出來的過濾后的水進(jìn)余氯去除率、鉛離子去除率、肉眼可見物、渾濁度和陶瓷濾芯開孔孔隙率的分析檢測，水中殘氯去除氯＞99％；鉛去除率＞99％；無肉眼可見物；渾濁度＜0.1NTU；本發(fā)明的負(fù)載光催化劑復(fù)合陶瓷濾芯結(jié)合紫外燈進(jìn)行殺菌和COD去除率實(shí)驗(yàn)，細(xì)菌去除率＞99.9％，COD的去除率＞85％。

實(shí)施例3

(1)將10g純度大于98％的鈦酸丁酯溶于1L乙醇中得鈦酸丁酯溶液，將0.5L濃度為98％的乙醇水溶液緩慢滴入上述鈦酸丁酯溶液中，充分?jǐn)嚢杌旌戏磻?yīng)1h，攪拌的速度為500～3000rpm；

(2)將步驟(1)所得的物料用濾紙過濾得濾餅，并用去離子水清洗5次以除雜；

(3)將步驟(2)所得的物料重新溶于5L去離子水中，得溶液；

(4)在步驟(3)所得的溶液中加入3mL硝酸進(jìn)行酸解；

(5)在步驟(4)所得的物料中加入100mL 2％PVA的去離子水溶液，制得穩(wěn)定的納米二氧化鈦溶膠；

(6)將上述納米二氧化鈦溶膠倒入上述涂層復(fù)合陶瓷坯體空腔中浸漬2000s，倒出多余的二氧化鈦溶膠，并于60℃的烘箱中干燥15h，得干燥生坯；

(7)將上述干燥生坯在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，以2℃/min的升溫速度溫到800℃，于800℃保溫?zé)Y(jié)4h，然后隨爐冷卻至室溫，得到所述負(fù)載光催化劑涂層的復(fù)合陶瓷濾芯。

用孔隙率測定儀對制得的復(fù)合陶瓷濾芯檢測后發(fā)現(xiàn)，濾芯的孔隙率63％；再將制得的復(fù)合陶瓷濾芯壁切成6mm×6mm×50mm的長條，檢測其三點(diǎn)抗彎強(qiáng)度，其三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度22MPa；本發(fā)明中，利用一端封閉，另外一端開口的濾芯進(jìn)行重力過濾的過濾效果檢測，將未過濾的水加入到復(fù)合陶瓷濾芯內(nèi)，然后對濾芯中滲透出來的過濾后的水進(jìn)余氯去除率、鉛離子去除率、肉眼可見物、渾濁度和陶瓷濾芯開孔孔隙率的分析檢測，水中余氯去除氯＞99％；鉛去除率＞99％；無肉眼可見物；渾濁度＜0.1NTU；本發(fā)明的負(fù)載光催化劑復(fù)合陶瓷濾芯結(jié)合紫外燈進(jìn)行殺菌和COD去除率實(shí)驗(yàn)，細(xì)菌去除率＞99.9％，COD的去除率＞85％。

實(shí)施例4

(1)將150g純度大于98％的鈦酸丁酯溶于1L乙醇中得鈦酸丁酯溶液，將6L濃度為99％的乙醇水溶液緩慢滴入上述鈦酸丁酯溶液中，充分?jǐn)嚢杌旌戏磻?yīng)3h，攪拌的速度為500～3000rpm；

(2)將步驟(1)所得的物料用濾紙過濾得濾餅，并用乙醇、去離子水間隔清洗3次以除雜；

(3)將步驟(2)所得的物料重新溶于1L去離子水中，得溶液；

(4)在步驟(3)所得的溶液中加入15mL硝酸進(jìn)行酸解；

(5)在步驟(4)所得的物料中加入60mL 1％羧甲基纖維素鈉的去離子水溶液，制得穩(wěn)定的納米二氧化鈦溶膠；

(6)將上述納米二氧化鈦溶膠倒入上述涂層復(fù)合陶瓷坯體空腔中浸漬300s，倒出多余的二氧化鈦溶膠，并于80℃的烘箱中干燥10h，得干燥生坯；

(7)將上述干燥生坯在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，以3℃/min的升溫速度溫到900℃，于900℃保溫?zé)Y(jié)3h，然后隨爐冷卻至室溫，得到所述負(fù)載光催化劑涂層的復(fù)合陶瓷濾芯。

用孔隙率測定儀對制得的復(fù)合陶瓷濾芯檢測后發(fā)現(xiàn)，濾芯的孔隙率63％；再將制得的復(fù)合陶瓷濾芯壁切成6mm×6mm×50mm的長條，檢測其三點(diǎn)抗彎強(qiáng)度，其三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度28MPa；本發(fā)明中，利用一端封閉，另外一端開口的濾芯進(jìn)行重力過濾的過濾效果檢測，將未過濾的水加入到復(fù)合陶瓷濾芯內(nèi)，然后對濾芯中滲透出來的過濾后的水進(jìn)余氯去除率、鉛離子去除率、肉眼可見物、渾濁度和陶瓷濾芯開孔孔隙率的分析檢測，水中殘氯去除氯＞99％；鉛去除率＞99％；無肉眼可見物；渾濁度＜0.1NTU；本發(fā)明的負(fù)載光催化劑復(fù)合陶瓷濾芯結(jié)合紫外燈進(jìn)行殺菌和COD去除率實(shí)驗(yàn)，細(xì)菌去除率＞99.9％，COD的去除率＞88％。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可知，本發(fā)明的技術(shù)方案在下述參數(shù)和組分范圍內(nèi)變化時(shí)，仍然能夠得到與上述實(shí)施例相同或相近的技術(shù)效果，仍然屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍：

一種負(fù)載光催化劑涂層的復(fù)合陶瓷濾芯的制備方法，包括如下步驟：

(1)將純度大于98％的鈦酸丁酯溶于乙醇中，配制成0.01～1mol/L的鈦酸丁酯溶液，將濃度為90～100％的乙醇水溶液添加至鈦酸丁酯溶液中，充分?jǐn)嚢杌旌戏磻?yīng)，所使用的鈦酸丁酯溶液和乙醇溶液的重量比為1～100∶100；

(2)將步驟(1)所得的物料過濾得濾餅，并進(jìn)行除雜；

(3)將步驟(2)所得的物料重新配制成濃度為0.01～1mol/L的溶液；

(4)在步驟(3)所得的溶液中加入酸進(jìn)行酸解，酸的加入量為溶液的0.01～2％；

(5)在步驟(4)所得的物料中加入增稠劑，制得穩(wěn)定的納米二氧化鈦溶膠；

(6)將上述納米二氧化鈦溶膠均勻的浸漬負(fù)載在涂層復(fù)合陶瓷坯體的內(nèi)壁面，并于60～100℃干燥3～48h，得干燥生坯，該涂層復(fù)合陶瓷坯體為一端封閉、另一端開口的空心柱體，其制備方法包括如下步驟：

a、將硅藻土、納米活性炭粉末、分散劑、納米銀抗菌劑和去離子水以1000∶30～1500∶1～20∶0～50∶1000-2000的重量比混合進(jìn)行球磨，制得第一漿料；

b、將絮凝劑和穩(wěn)定劑加入到上述第一漿料中，繼續(xù)球磨使絮凝劑和穩(wěn)定劑均勻分散，獲得穩(wěn)定的第一部分絮凝漿料；

c、將上述第一部分絮凝漿料熟化，然后在模具內(nèi)空心注漿成型，脫模并放入烘箱干燥后獲得一端封閉、另一端開口的空心柱體狀的復(fù)合陶瓷生坯；

d、將硅藻土、分散劑和去離子水以1000∶1～20∶1000～2000的重量比混合進(jìn)行球磨，制得第二漿料；

e、將絮凝劑和穩(wěn)定劑加入到上述第二漿料中，繼續(xù)球磨使絮凝劑和穩(wěn)定劑均勻分散，獲得穩(wěn)定的第二部分絮凝漿料；

f、將第二部分絮凝漿料熟化，將熟化后的第二部分絮凝漿料浸漬涂層在上述復(fù)合陶瓷生坯的內(nèi)、外表面，干燥后即得所述涂層復(fù)合陶瓷坯體；

(7)將上述干燥生坯在惰性氣體或氮?dú)獗Ｗo(hù)下，于450～950℃保溫?zé)Y(jié)1～30h，然后隨爐冷卻至室溫，得到所述負(fù)載光催化劑涂層的復(fù)合陶瓷濾芯。

所述步驟(1)中的攪拌的速度為500～3000rpm，攪拌時(shí)間為5～300min。

所述步驟(2)的除雜所用的介質(zhì)為乙醇、去離子水或乙醇去離子水溶液。

所述步驟(4)的酸為鹽酸、硝酸和硫酸中的至少一種。

所述增稠劑為聚乙烯醇、阿拉伯樹膠或羧甲基纖維素鈉。

所述惰性氣體為氬氣、氦氣或氡氣。

以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，故不能依此限定本發(fā)明實(shí)施的范圍，即依本發(fā)明專利范圍及說明書內(nèi)容所作的等效變化與修飾，皆應(yīng)仍屬本發(fā)明涵蓋的范圍內(nèi)。