本發(fā)明屬于光催化，具體涉及巴基紙/tio2復(fù)合材料及其溶膠凝膠制法和在光催化降解中的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、工業(yè)社會的快速發(fā)展給人類帶來了便利的同時也帶來了許多問題，排放到環(huán)境中的染料、有毒溶劑、農(nóng)藥等有機污染物對水體造成了相當(dāng)大的污染，嚴(yán)重危害人體健康。利用光催化技術(shù)對水污染進(jìn)行處理，具有降解效率高、反應(yīng)條件溫和和能耗低等優(yōu)點，具有很好的發(fā)展前景。

2、tio2因其化學(xué)穩(wěn)定性、無毒和低成本等優(yōu)點受到了廣泛的研究。然而，使用tio2粉末的缺點是在光催化反應(yīng)后難以從水中對催化劑進(jìn)行回收，會導(dǎo)致二次污染。解決該問題的一種方法是將tio2負(fù)載在大面積襯底上。已經(jīng)有一些材料用作二氧化鈦的支持基板，如光纖，玻璃，和硅片等。這些襯底對光催化過程沒有貢獻(xiàn)，甚至?xí)档凸獯呋剩虼斯獯呋Ч⒉焕硐?。新型納米碳材料由于其具有高導(dǎo)電性、大比表面積等優(yōu)點，成為光催化領(lǐng)域?qū)W者們的研究熱點。將納米碳材料和半導(dǎo)體光催化劑結(jié)合，是光催化劑復(fù)合改性眾多研究方向之一。碳材料的大比表面積不僅可以提供更多的反應(yīng)活性位點，增強材料的吸附性能，還可以促進(jìn)光生載流子的分離，并顯著抑制電子-空穴復(fù)合。碳納米管(cnts)屬于碳納米材料的一種，將cnts和tio2復(fù)合，制備出的復(fù)合材料顯示出協(xié)同效應(yīng)，光催化效率明顯優(yōu)于單一的tio2和cnts。然而，離散型的tio2/cnts與tio2一樣都存在難以回收的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供了巴基紙/tio2復(fù)合材料及其溶膠凝膠制法和在光催化降解中的應(yīng)用。通過溶膠凝膠法制備了巴基紙/tio2復(fù)合材料，制備出的巴基紙/tio2復(fù)合材料顯示出協(xié)同效應(yīng)，有效促進(jìn)了載流子的分離，進(jìn)一步提高了光催化效率。將甲基橙溶液看作目標(biāo)降解物，研究巴基紙/tio2復(fù)合材料在紫外光下的光催化降解性能，最高光催化降解效率可達(dá)99.34％。并且由cnts組成的紙狀結(jié)構(gòu)的巴基紙具有很好的柔性、便捷性，保持了碳納米管的優(yōu)點，將其與tio2復(fù)合，不僅能夠提高光催化效率，還能夠?qū)κ褂眠^的巴基紙/tio2進(jìn)行回收利用，避免了二次污染。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下方案：

3、本發(fā)明的巴基紙/tio2復(fù)合材料，包括巴基紙以及均勻分布在巴基紙上的銳鈦礦型tio2，并且形成ti-o-c共價鍵。

4、所述的巴基紙/tio2復(fù)合材料在光催化降解中的應(yīng)用，用于作為光催化劑，降解水中有機污染物，在紫外光下，光催化降解效率可達(dá)99％以上。

5、本發(fā)明的巴基紙/tio2復(fù)合材料的溶膠凝膠制備方法，包括以下步驟：

6、s1：配置tio2反應(yīng)溶膠

7、(1)乙醇水混合溶液：按體積比，無水乙醇：酸性去離子水＝(12-13):(17-18)，得到混合溶液a；

8、(2)按摩爾比，鈦酸四丁酯：乙酰丙酮＝1:(0.70-0.71)；稱量原料，將鈦酸四丁酯和乙酰丙酮的混合液伴隨攪拌下，加入無水乙醇中，混合均勻，形成混合溶液b；其中，按固液比，鈦酸四丁酯和乙酰丙酮的混合液：無水乙醇＝(410～411)g：(250～260)ml；

9、所述的s1的(1)中，酸性去離子水為硝酸調(diào)節(jié)的ph＝3的去離子水。

10、(3)伴隨攪拌，將混合溶液a和混合溶液b混合均勻，得到均勻透明的溶膠；并進(jìn)行定容，得到0.5～1mol/l的tio2溶膠；靜止陳化24h以上，得到陳化后的tio2溶膠；

11、s2：制備巴基紙/tio2復(fù)合材料

12、將陳化后的tio2溶膠旋涂在巴基紙上，干燥，保溫，隨爐冷卻，得到巴基紙/tio2復(fù)合材料。

13、所述的s2中，巴基紙的厚度為10～15μm，強度為60～120mpa，金屬的質(zhì)量百分含量5％。

14、所述的s2中，干燥的干燥溫度為40～50℃，干燥時間為1～2h。

15、所述的s2中，保溫的保溫溫度為400～500℃，保溫時間為2～3h。

16、本發(fā)明的巴基紙/tio2復(fù)合材料，采用上述制備方法制得。

17、以上步驟僅僅是為了描述技術(shù)方案更清晰，并非是對操作過程前后順序的限制，在不影響最終效果的情況下，部分步驟可以前后替換。

18、本發(fā)明的巴基紙/tio2復(fù)合材料及其溶膠凝膠制法和在光催化降解中的應(yīng)用，其有益效果為：

19、(1)本發(fā)明使用溶膠凝膠法制備巴基紙/tio2復(fù)合材料，制備材料對人體無害，對環(huán)境無污染；制備工藝簡單、成本低。

20、(2)在外界光的照射下，電子從tio2的價帶被激發(fā)到導(dǎo)帶，在價帶中留下空穴。巴基紙中的碳納米管不僅是一種負(fù)載材料，而且還是一種禁帶寬度比tio2窄的半導(dǎo)體材料，因此，電子同時遷移到碳納米管導(dǎo)帶上。另外，h2o作為電子供體，o2作為電子受體，會形成羥基自由基和超氧自由基。這些生成的自由基能夠?qū)⑽廴疚锓纸鉃閔2o、co2等無毒無害的物質(zhì)，從而有效的降解其他染料，特別是甲基橙。

21、(3)采用本發(fā)明的制備方法將tio2負(fù)載在巴基紙上，不僅能夠有效的解決單一tio2易團(tuán)聚的問題，還能夠增加催化劑的比表面積，提高對污染物的吸附容量。巴基紙中的碳納米管與tio2通過ti-o-c鍵合，能夠促進(jìn)載流子的分離，從而提高光催化效率，制備的巴基紙/tio2復(fù)合材料在90min內(nèi)幾乎可以完全降解甲基橙。

22、(4)tio2、tio2/cnts都是粉末狀結(jié)構(gòu)，投入水體后無法進(jìn)行回收利用。而巴基紙是一種碳納米管由于范德華力的作用相互糾纏形成的類似于無紡布結(jié)構(gòu)的自支撐碳納米管紙，具有很好的柔性、機械性能和導(dǎo)電性，巴基紙/tio2復(fù)合材料中的巴基紙在紙張結(jié)構(gòu)完整的情況下，能夠?qū)ζ溥M(jìn)行回收利用，避免二次污染。

技術(shù)特征：

1.一種巴基紙/tio2復(fù)合材料，其特征在于，包括巴基紙以及均勻分布在巴基紙上的銳鈦礦型tio2，并且形成ti-o-c共價鍵。

2.權(quán)利要求1所述的巴基紙/tio2復(fù)合材料的溶膠凝膠制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的巴基紙/tio2復(fù)合材料的溶膠凝膠制備方法，其特征在于，所述的s1的(1)中，按體積比，無水乙醇：酸性去離子水＝(12-13):(17-18)。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的巴基紙/tio2復(fù)合材料的溶膠凝膠制備方法，其特征在于，所述的s1的(1)中，酸性去離子水為ph＝3的去離子水。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的巴基紙/tio2復(fù)合材料的溶膠凝膠制備方法，其特征在于，所述的s1的(2)中，按摩爾比，鈦酸四丁酯：乙酰丙酮＝1:(0.70-0.71)；和/或，按固液比，鈦酸四丁酯和乙酰丙酮的混合液：無水乙醇＝(410～411)g：(250～260)ml。

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的巴基紙/tio2復(fù)合材料的溶膠凝膠制備方法，其特征在于，所述的s2中，巴基紙的厚度為10～15μm，強度為60～120mpa，金屬的質(zhì)量百分含量5％。

7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的巴基紙/tio2復(fù)合材料的溶膠凝膠制備方法，其特征在于，所述的s2中，干燥的干燥溫度為40～50℃，干燥時間為1～2h。

8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的巴基紙/tio2復(fù)合材料的溶膠凝膠制備方法，其特征在于，所述的s2中，保溫的保溫溫度為400～500℃，保溫時間為2～3h。

9.一種巴基紙/tio2復(fù)合材料在光催化降解中的應(yīng)用，其特征在于，將權(quán)利要求1所述的巴基紙/tio2復(fù)合材料或權(quán)利要求2-8任意一項所述的制備方法制得的巴基紙/tio2復(fù)合材料用于作為光催化劑，降解水中有機污染物。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的巴基紙/tio2復(fù)合材料在光催化降解中的應(yīng)用，其特征在于，水中有機污染物為甲基橙，在紫外光下，巴基紙/tio2復(fù)合材料的光催化降解效率達(dá)99％以上。

技術(shù)總結(jié)
一種巴基紙/TiO<subgt;2</subgt;復(fù)合材料及其溶膠凝膠制法和在光催化降解中的應(yīng)用，屬于光催化技術(shù)領(lǐng)域。該巴基紙/TiO<subgt;2</subgt;復(fù)合材料，包括巴基紙以及均勻分布在巴基紙上的銳鈦礦型TiO<subgt;2</subgt;，并且形成Ti?O?C共價鍵。制備過程為：先配置TiO<subgt;2</subgt;溶膠，在和巴基紙混合，干燥，保溫，冷卻，得到巴基紙/TiO<subgt;2</subgt;復(fù)合材料。巴基紙/TiO<subgt;2</subgt;復(fù)合材料在紫外光下的光催化降解性能，最高光催化降解效率可達(dá)99.34％。并且由CNTs組成的紙狀結(jié)構(gòu)的巴基紙具有很好的柔性、便捷性，保持了碳納米管的優(yōu)點，將其與TiO<subgt;2</subgt;復(fù)合，不僅能夠提高光催化效率，還能夠?qū)κ褂眠^的巴基紙/TiO<subgt;2</subgt;進(jìn)行回收利用，避免了二次污染。

技術(shù)研發(fā)人員：秦艷利,黃雨,徐浩宇,楊艷,齊東麗
受保護(hù)的技術(shù)使用者：沈陽理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19