一种光催化活性炭纤维及其制备方法技术

本发明专利技术涉及活性炭领域，具体涉及一种光催化活性炭纤维及其制备方法。本发明专利技术通过在真空微波环境中，用雾化偶联剂喷涂处理活性碳纤维，然后在纳米二氧化钛溶液中浸泡，使活性碳纤维接枝纳米二氧化钛，经干燥处理后得到光催化活性碳纤维。本发明专利技术通过将具有可见光高催化活性的纳米二氧化钛接枝在活性碳纤维上，使活性碳纤维在具有吸附能力的同时，还兼具可见光催化功能。本发明专利技术的制备方法简单，制备成本低，制得的光催化活性碳纤维性能优异，对促进分解有机物的应用发展具有重要意义。

Photocatalytic active carbon fiber and preparation method thereof

The invention relates to the field of activated carbon, in particular to a photocatalytic activated carbon fiber and a preparation method thereof. In the microwave vacuum environment, using activated carbon fiber coupling atomization spraying agent, then soaked in nano titanium dioxide solution, the grafted nano titanium dioxide photocatalytic activity of activated carbon fiber, carbon fiber obtained after drying treatment. The invention has the advantages that the activated carbon fiber has the advantages of adsorption capacity and visible light catalytic function when the nanometer titanium dioxide with visible light catalytic activity is grafted on the activated carbon fiber. The preparation method has the advantages of simple preparation method, low preparation cost, excellent performance of the photocatalytic activated carbon fiber, and is of great significance for promoting the application and development of the decomposed organic matter.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及活性炭领域，具体涉及一种光催化活性炭纤维及其制备方法。
技术介绍
活性碳纤维（ACF）是继广泛使用的颗粒活性炭、粉末活性炭之后的第三代吸附材料，它是由纤维为原料制成，具有比表面积大、孔径适中、分布均匀、吸附速度快、杂质少等优点；活性碳纤维的纤维直径为5~20μm，比表面积平均在1000~3000m2/g左右，平均孔径在1.0~4.0nm，微孔均匀分布于纤维表面。与活性炭相比，活性碳纤维微孔孔径小而均匀，结构简单，对于吸附小分子物质吸附速率快，吸附速度高，容易解吸附。与被吸附物的接触面积大，且可以均匀接触与吸附，使吸附材料得以充分利用。吸附效率高，且具有纤维、毡、布和纸等各种纤细的表态，孔隙直接开口在纤维表面，其吸附质到达吸附位的扩散路径短，且本身的外表面积较内表面积高出两个数量级。活性炭纤维毡虽然具有以上的优点，但在水质净化、空气净化、废气（水）治理等应用吸附饱和后无法继续工作。一般的处理方法为再生或者更换原材料。这样会造成使用上的不便以及使用成本的大幅上升。中国专利公开号CN105597805A公开了铁、氮掺杂二氧化钛负载碳纤维复合光催化剂及其制备方法，该专利技术利用溶胶凝胶及浸渍方法制备铁、氮共掺杂TiO2负载碳纤维复合催化剂（简称(Fe，N)/TiO2@CF），通过在催化剂中引入铁和氮原子，从而在TiO2的导带和价带之间引入杂质能级，降低了催化剂的带隙能，提高了催化剂的可见光催化性能；利用负载碳纤维（简称CF）不仅可以使材料易于回收，增加了催化剂的重复使用性能，而且增加了光生电子的有效迁移，降低了电子空穴的复合几率，从而提高了催化材料的光量子效率。中国专利公开号CN103100378A公开了一种活性碳纤维负载二氧化钛光催化剂的制备方法，采用氧化改性和均匀沉淀相结合的技术制备二氧化钛/活性炭纤维光催化剂，主要步骤为：将活性炭纤维，在双氧水中浸泡1小时后取出，用去离子水冲洗后，在烘箱中干燥4小时后取出待用；以一定摩尔比配制钛盐和尿素的混合溶液，均匀搅拌3小时后待用；将处理后的活性炭纤维置于钛盐和尿素的混合溶液中，在80℃条件下搅拌5小时，待反应完全后取出活性炭纤维在100℃烘箱中烘干；将烘干的活性炭纤维于氮气保护下在500℃下焙烧2小时，即得到二氧化钛/活性炭纤维光催化剂。现有技术中，都采用化学法合成二氧化钛，然后接枝在活性碳纤维表面上，使得制得的二氧化钛粒径分布不均，接枝不牢，从而降低了制得的光催化活性碳纤维的光催化活性和使用寿命。因此，本专利技术提供一种光催化活性高、使用寿命长的光催化活性炭纤维及其制备方法，来弥补现有技术的不足。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决以上技术问题，提供一种光催化活性炭纤维及其制备方法，通过将具有可见光高催化活性的纳米二氧化钛接枝在活性碳纤维上，使活性碳纤维在具有吸附能力的同时，还兼具可见光催化功能。为解决上述问题，本专利技术采用以下技术方案：一种光催化活性炭纤维，包括以下原料以重量份计：活性碳纤维 80-120重量份；纳米二氧化钛 0.1-10重量份；偶联剂 5-20重量份。进一步地，所述纳米二氧化钛为纯锐钛型纳米二氧化钛，粒径为5-10nm，具有自分散且单一分散能力，用该纳米二氧化钛所制溶液不分层不沉淀。进一步地，所述偶联剂由15-20重量份的硅烷偶联剂、8-10重量份的附着力促进剂、70-77重量份的溶剂组成；更进一步地，所述附着力促进剂为改性有机硅化合物，所述溶剂为醇类或脂类溶剂，如甲醇、乙醇、甘油、异丙醇、乙二醇、乙酸乙酯、丁酸丁酯。上述光催化活性炭纤维的制备方法，包括以下步骤：（1）将活性炭纤维在微波真空干燥机中干燥至含水量小于0.3%；（2）用偶联剂雾化喷涂处理活性碳纤维；（3）将步骤（2）处理得到的活性碳纤维在微波真空干燥机中干燥至5min内热失重损失小于0.5%；（4）将纳米二氧化钛配制成悬浮液，将步骤（3）得到的活性碳纤维置于悬浮液中，浸泡0.5-5h，然后过滤；（5）将步骤（4）处理得到的活性碳纤维在微波真空干燥机中干燥至含水量小于0.5%，得到光催化活性炭纤维。进一步地，所述步骤（1）中干燥的温度为60-100℃，步骤（3）中干燥的温度为80-200℃，步骤（5）中干燥的温度为80-200℃。进一步地，所述步骤（4）悬浮液中纳米二氧化钛的质量浓度为0.1-10%。进一步地，所述步骤（5）中微波真空干燥机的真空度为-0.06~-0.08MPa。本专利技术一种光催化活性炭纤维及其制备方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：1.本专利技术通过将具有可见光高催化活性的纳米二氧化钛接枝在活性碳纤维上，使活性碳纤维在具有吸附能力的同时，还兼具可见光催化功能。2.本专利技术在活性碳纤维上接枝粒径为5-10nm的纯锐钛型纳米二氧化钛，接枝牢靠，不易脱落，使用寿命长，能长期有效分解有机物。3.本专利技术的制备方法简单，制备成本低，制得的光催化活性碳纤维性能优异，对促进分解有机物的应用发展具有重要意义。具体实施方式以下通过具体实施方式对本专利技术作进一步的详细说明，但不应将此理解为本专利技术的范围仅限于以下的实例。在不脱离本专利技术上述方法思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包含在本专利技术的范围内。实施例1一种光催化活性炭纤维，原料包括活性碳纤维80g，粒径为5-10nm的纯锐钛型纳米二氧化钛10g，偶联剂5g，其制备方法如下：（1）将活性炭纤维在微波真空干燥机中，在60℃下干燥至含水量小于0.3%；（2）用偶联剂雾化喷涂处理活性碳纤维，所述偶联剂由15重量份的硅烷偶联剂、8重量份的改性有机硅化合物、70重量份的甲醇组成；（3）将步骤（2）处理得到的活性碳纤维在微波真空干燥机中，在80℃下干燥至5min内热失重损失小于0.5%；（4）将纯锐钛型纳米二氧化钛配制成悬浮液，将步骤（3）得到的活性碳纤维置于悬浮液中，浸泡0.5-5h，然后过滤；所述悬浮液中纯锐钛型纳米二氧化钛的质量浓度为10%；（5）将步骤（4）处理得到的活性碳纤维在微波真空干燥机中，在80℃下干燥至含水量小于0.5%，得到光催化活性炭纤维。实施例2一种光催化活性炭纤维，原料包括活性碳纤维120g，粒径为5-10nm的纯锐钛型纳米二氧化钛10g，偶联剂20g，其制备方法如下：（1）将活性炭纤维在微波真空干燥机中，在100℃下干燥至含水量小于0.3%；（2）用偶联剂雾化喷涂处理活性碳纤维，所述偶联剂由20重量份的硅烷偶联剂、10重量份的改性有机硅化合物、77重量份的乙酸乙酯组成；（3）将步骤（2）处理得到的活性碳纤维在微波真空干燥机中，在200℃下干燥至5min内热失重损失小于0.5%；（4）将纯锐钛型纳米二氧化钛配制成悬浮液，将步骤（3）得到的活性碳纤维置于悬浮液中，浸泡0.5-5h，然后过滤；所述悬浮液中纯锐钛型纳米二氧化钛的质量浓度为0.1%；（5）将步骤（4）处理得到的活性碳纤维在真空度为-0.07MPa的微波真空干燥机中，在200℃下干燥至含水量小于0.5%，得到光催化活性炭纤维。实施例3一种光催化活性炭纤维，原料包括活性碳纤维100g，粒径为5-10nm的纯锐钛型纳米二氧化钛4.6g，偶联剂15g，其制备方法如下：（1）将活性炭纤维在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光催化活性炭纤维，其特征在于，包括以下原料以重量份计：活性碳纤维    80‑120重量份；纳米二氧化钛  0.1‑10重量份；偶联剂        5‑20重量份。

【技术特征摘要】
1.一种光催化活性炭纤维，其特征在于，包括以下原料以重量份计：活性碳纤维 80-120重量份；纳米二氧化钛 0.1-10重量份；偶联剂 5-20重量份。2.根据权利要求1所述的一种光催化活性炭纤维，其特征在于，所述纳米二氧化钛为纯锐钛型纳米二氧化钛，粒径为5-10nm。3.根据权利要求1所述的一种光催化活性炭纤维，其特征在于，所述偶联剂由15-20重量份的硅烷偶联剂、8-10重量份的附着力促进剂、70-77重量份的溶剂组成。4.根据权利要求3所述的一种光催化活性炭纤维，其特征在于，所述附着力促进剂为改性有机硅化合物，所述溶剂为醇类或脂类溶剂。5.一种如权利要求1所述光催化活性炭纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将活性炭纤维在微波真空干燥机中干燥至含水量小于0.3%；（2）用偶联剂雾化喷涂处理活性碳纤维；（3）将...

【专利技术属性】
技术研发人员：张爱民，
申请(专利权)人：成都优纳新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51