本发明专利技术涉及材料领域，公开了一种高吸附‑光催化性能纳米二氧化钛/活性炭纤维毡三维多孔材料及其制备方法。该材料具有三维多孔结构以活性炭纤维毡为基材，并且纳米二氧化钛附着在活性炭纤维毡内。纳米二氧化钛主要为锐钛矿，粒径为50nm～1μm。制备方法包含以下步骤：(1)将活性炭纤维毡浸入氧化锌晶层溶液中，浸渍提拉方法，获得表面沉积氧化锌晶层的活性炭纤维毡；(2)将沉积氧化锌晶层的活性炭纤维毡浸入二氧化钛生长液中，通过水热法在氧化锌晶层表面原位生长纳米二氧化钛。本发明专利技术方法简单、易操作、经济适用、环保，制备所得复合材料以较强的吸附性能、较高的光催化性能以及优良的过滤效果，在空气净化领域具有广阔的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及织造材料领域、无机非金属材料领域、室内挥发性有机气体(VOC)处理领域，具体为一种高吸附-光催化性能纳米二氧化钛/活性炭纤维毡三维多孔材料及其制备方法。技术背景随着经济的发展和社会的进步以及人类生活的文明程度不断提高，生活的转型使得人们停留在室内的时间越来越长。人的一生约有70％～92％的时间在室内度过，因此良好的室内空气环境对人体健康至关重要。然而，一方面由于能源问题和建筑物的密闭性提高，建筑物内新风量减少；另一方面是新型建筑装饰材料的大量应用，排放出一些有害气体。从而导致长期工作和生活在现代建筑中的人们常表现出一系列病态反应。其症状为头痛、困倦、恶心、流涕，呼吸道、消化道、神经内科等十几种疾病，重则皮肤过敏、白血病和血癌。国内多年研究表明，室内空气污染程度往往比室外环境污染严重，含有更多的容易引发人体疾病的有害物质；美国环保署(EPA)的统计表明，室内空气污染程度往往超出室外2～5倍，有时甚至超出100倍；美国环保科学家发现室内有11种有毒化学物质浓度高于室外，其中6种是致癌物质。加拿大卫生组织的调查结果显示当前人们所患疾病中68％都与室内空气污染有关。世界卫生组织宣布：全世界每年有10万人因为室内空气污染而死于哮喘。室内空气中污染物种类较多，按性质可分为物理污染、化学污染、生物污染。其中挥发性有机污染物(VolatileOrganiccompounds,VOCs)是一类重要的室内空气污染物。VOCs按其化学结构可以分为：烷烃、芳香烃、烯烃、卤烃类、醛类、酮类和其它。目前，针对这类污染物使用的处理方法有吸附、生物处理、化学处理、热处理、催化氧化、相转移和光催化降解等方法。其中，吸附和光催化降解被认为是消除这些污染物最有效的方法之一。通过吸附能够快速去除污染物，但容易达到饱和吸附而失活，同时通过脱附再生吸附剂可能造成二次污染。光催化技术是一种环境友好的绿色技术。在光的激发下半导体材料产生氧化性很强的活性物种，这些物种可与大多数有机污染物分子发生氧化还原反应,使之彻底矿化为二氧化碳、水、矿物酸或盐等。与传统污染物治理方法相比，光催化技术具有(1)除净度高，无二次污染；(2)不需要在反应中引入其它化学物种；(3)可利用廉价的太阳能对有机物进行降解。在光催化技术中，TiO2光催剂以其化学稳定性好、无毒、廉价易得等特点，被誉为较为理想的环境治理光催化剂，这个过程不需要其它化学助剂，反应条件温和，是一个非常有发展潜力的研究领域。然而，TiO2光催化剂的比表面积有限，对污染物的吸附性能差，污染物在催化剂表面难以富集，致使污染物分子与催化剂TiO2分子碰撞减少，在降解低浓度有机物时，催化效率非常低。另外，光催化过程中纳米粉末状催化剂固定和分离都较为困难，从而大大地限制了其在实际污染净化中的应用，因此有必要设计出一种集吸附与光催化为一体且易于固定与分离的新型复合纳米材料。为了克服这些缺点，国内外学者近年来将光催和吸附技术结合在一起，充分利用它们各自的优势，提高空气净化效果。专利CN105129903A报道了一种光催化处理含酚废水的二氧化钛滤网的制备方法，此方法合成的滤网虽然集吸附与光催化为一体，但是在制备过程中将活性炭纤维与纳米二氧化钛机械混合，复合材料的结合度低，脱落的粉尘颗粒易造成二次污染。专利CN104772133A报道了一种室内清洁用光催化剂及其制备方法，通过将纳米二氧化钛负载于活性炭纤维和介孔二氧化硅形成的复合双载体上，提高纳米二氧化钛的光催化性能。但是该工艺专利存在以下缺陷：(1)制备周期长，且制备过程中使用三甲苯、重铬酸钾等试剂，会对环境造成二次污染。(2)制备所得纳米二氧化钛/活性炭纤维-二氧化硅中纳米二氧化钛与载体之间无任何胶黏剂，结合度较差。(3)该工艺条件较为苛刻，需精准调控pH，材料需在氮气保护下煅烧得到。专利CN102658115A报道了一种用于空气净化的掺铈纳米二氧化钛/活性炭纤维复合光催化剂的制备方法，通过将纳米二氧化钛和活性炭纤维加入到硝酸铈溶液中，高温水热(200-220℃)在活性炭纤维表面沉积掺铈二氧化钛，该工艺中水热温度过高，有安全隐患，且掺铈二氧化钛与活性炭纤维之间无任何胶黏剂，使得大部分的掺铈纳米二氧化钛并非依附活性炭纤维毡生长而是团聚在纤维交叉所形成的孔道中，降低了活性炭纤维毡本身的吸附性能且颗粒易脱落，会造成二次污染。因此，需要对现有技术加以改进，获得一种具有高吸附和光催化性能的复合材料。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种高吸附-光催化性能纳米二氧化钛/活性炭纤维毡三维多孔材料。本专利技术还提供了上述材料的制备方法。技术方案为，一种高吸附-光催化性能纳米二氧化钛/活性炭纤维毡三维多孔材料，以活性炭纤维毡为基材，并且纳米二氧化钛附着在活性炭纤维毡内；该材料具有三维多孔结构，孔径为1～100μm；比表面积为200～3000m2/g；纳米二氧化钛粒径为50nm～1μm。在所述活性炭纤维毡表面沉积厚度为500nm～1μm的氧化锌晶层，纳米二氧化钛附着在氧化锌晶层表面，并且纳米二氧化钛主要为锐钛矿。优选的，孔径主要分布为20～70μm，更优选为30～50μm。优选的，纳米二氧化钛粒径为500nm～1μm。上述复合材料的制备方法包括：(1)将活化预处理的活性炭纤维毡浸入氧化锌晶层溶液中，采用浸渍提拉方法，获得表面沉积氧化锌晶层的活性炭纤维毡；所述浸渍提拉方法为：(a)将活化预处理的活性炭纤维毡浸入氧化锌晶层溶液中，浸渍2～10min，然后以1～5mm/s的速度向上缓慢提拉取出；所得产物于30～80℃条件下干燥20min～1hr；(b)重复上述浸渍提拉和干燥过程1～8次；(c)将烘干的活性炭纤维毡于60～180℃下再次干燥0.5～6hr；得到表面沉积氧化锌晶层的活性炭纤维毡；所述的氧化锌晶层溶液配制方法包括以下步骤：将可溶性锌盐溶解于醇；然后加入三乙胺，在30～100℃条件下搅拌10min～1hr，并于室温条件陈化1～5hr，得到氧化锌晶层溶液；其中锌离子含量为0.02～0.3mol/L，锌离子与三乙胺摩尔比为1：0.2～3；优选的，锌离子含量为0.04～0.25mol/L，锌离子与三乙胺摩尔比为1：0.4～2.5；所述的可溶性锌盐为二水合乙酸锌或六水合硝酸锌；所述的醇选自甲醇、乙醇、丙醇、正丁醇、异丁醇或叔丁醇。(2)步骤(1)所制备的表面沉积氧化锌晶层的活性炭纤维毡浸入纳米二氧化钛生长液中，100～200℃下水热反应2～24hr；所述的纳米二氧化钛生长液含有0.05～0.25mol/L二氧化钛前驱体、0.3～1mol/L硫酸和0.5～5mol/L盐酸；二氧化钛前驱体与硫酸的摩尔比为1:1～8，硫酸与盐酸的摩尔比为1：0.2～8；优选的，二氧化钛前驱体含量为0.08～0.15mol/L，硫酸含量为0.5～1mol/L，盐酸含量为0.5～5mol/L，二氧化钛前驱体与硫酸的摩尔比为1:6～8，硫酸与盐酸的摩尔比为1：0.5～6。步骤(1)中，所述活性炭纤维毡的比表面积200～3000m2/g，厚度为1～20mm。所述的活性炭纤维毡的预处理方法为，将活性炭纤维毡切成所需形状，然后将其置于含有表面活性剂、酸、碱性物质的预处理液中，于5本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高吸附‑光催化性能的纳米二氧化钛/活性炭纤维毡三维多孔复合材料，其特征在于，以活性炭纤维毡为基材，并且纳米二氧化钛附着在活性炭纤维毡内；所述复合材料具有三维多孔结构，孔径为1～100μm；比表面积为200～3000m2/g；所述的纳米二氧化钛粒径为50nm～1μm。
【技术特征摘要】
1.一种高吸附-光催化性能的纳米二氧化钛/活性炭纤维毡三维多孔复合材料，其特征在于，以活性炭纤维毡为基材，并且纳米二氧化钛附着在活性炭纤维毡内；所述复合材料具有三维多孔结构，孔径为1～100μm；比表面积为200～3000m2/g；所述的纳米二氧化钛粒径为50nm～1μm。2.权利要求1所述高吸附-光催化性能的纳米二氧化钛/活性炭纤维毡三维多孔复合材料，其特征在于，在所述活性炭纤维毡表面沉积厚度为500nm～1μm的氧化锌晶层，纳米二氧化钛附着在氧化锌晶层表面，并且所述纳米二氧化钛主要为锐钛矿。3.权利要求1所述高吸附-光催化性能的纳米二氧化钛/活性炭纤维毡三维多孔复合材料，其特征在于，所述的纳米二氧化钛粒径为500nm～1μm。4.权利要求1～3任一项所述高吸附-光催化性能的纳米二氧化钛/活性炭纤维毡三维多孔材料的制备方法，其特征在于，步骤包括：(1)将活化预处理的活性炭纤维毡浸入氧化锌晶层溶液中，采用浸渍提拉方法，获得表面沉积氧化锌晶层的活性炭纤维毡；所述的氧化锌晶层溶液为含有可溶性锌盐、三乙胺的醇溶液；其中锌离子含量为0.02～0.3mol/L，锌离子与三乙胺的摩尔比为1：0.2～3；(2)步骤(1)所制备的表面沉积氧化锌晶层的活性炭纤维毡浸入纳米二氧化钛生长液中，100～200℃下水热反应2～24hr，洗涤干燥得到高吸附-光催化性能纳米二氧化钛/活性炭纤维毡三维多孔材料；所述的纳米二氧化钛生长液中，二氧化钛前驱体含量为0.05～0.25mol/L，还含有0.3～1mol/L硫酸和0.5～5mol/L盐酸；二氧化钛前驱体与硫酸的摩尔比为1:1～8，硫酸与盐酸的摩尔比为1：0.2～8；所述的二氧化钛前驱体为钛酸四丁酯、钛酸异丙酯或四氯化钛。5.根据权利要求4所述高吸附-光催化性能的纳米二氧化钛/活性炭纤维毡三维多孔材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述氧化锌晶层溶液中；可溶性锌盐为二水合乙酸锌或六水合硝酸锌；所述的醇选自甲醇、乙醇、丙醇、正丁醇、异丁醇或叔丁醇...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭亚平，李敏，柯勤飞，温玺，徐合，
申请(专利权)人：上海师范大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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