一种TiO2透明自支撑膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种TiO2透明自支撑膜，所述TiO2透明自支撑膜由TiO2纤维交错组成，所述TiO2纤维包括芯层和壳层，壳层包覆芯层，所述芯层为纳米TiO2颗粒构成的多孔纤维，所述壳层是由花状TiO2颗粒构成。本发明专利技术还公开了上述TiO2透明自支撑膜的制备方法，包括如下步骤：将草酸钛钾溶于二甘醇水溶液中得到溶液A；将纤维素纸浸渍于溶液A中，进行水热反应，取出反应后的材料，洗涤，干燥得到材料B；取材料B，在空气氛围下，升温至450‑700℃，保温1‑3h得到TiO2透明自支撑膜。本发明专利技术还公开了上述TiO2透明自支撑膜作为紫外光催化剂的应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光催化
，尤其涉及一种TiO2透明自支撑膜及其制备方法和应用。
技术介绍
TiO2作为一种优异的半导体光催化剂已被广泛应用于环境处理。然而，粉末状TiO2用于污水处理后存在难以回收的问题。可以通过在载体表面形成TiO2薄膜用于污水处理，解决粉末状TiO2难以回收的问题，常用的载体有玻璃、碳纤维、钛箔和不锈钢等。TiO2薄膜的制备方法包括化学气相沉积、浸涂、水热反应、旋涂等。但是大多数载体在光催化过程中仅仅作为一个载体使用，并未对TiO2光催化性能的提升产生明显的帮助，而且增加了光催化材料整体重量，因此，如何获得TiO2自支撑膜引起了广泛的研究。目前，TiO2自支撑薄膜主要通过钛箔阳极氧化制备，但是阳极氧化技术获得的TiO2自支撑膜从钛箔上分离易导致薄膜结构破损；采用静电纺丝结合水热处理或在水热过程中利用rGO或CNT连接TiO2纳米纤维也可以获得了具有可控结构的TiO2自支撑膜，但获得的三维纳米纤维膜不具有透明性；最近，台湾大学Liou等人通过控制H+、Ti3+与Cl-的浓度，一步水热法制备得到TiO2透明自支撑膜，但原料需选用FTO玻璃，价格昂贵，从而限制了TiO2自支撑膜的应用。公开号为CN105944708A的专利，公开了一种TiO2-C@TiO2-rGO透明自支撑薄膜，其载体是由TiO2-C复合组成，外部覆有TiO2-rGO，整个自支撑膜是TiO2、C与rGO复合组成，但其并不是成分单一的TiO2自支撑膜。
技术实现思路
基于
技术介绍
存在的技术问题，本专利技术提出了一种TiO2透明自支撑膜及其制备方法和应用，本专利技术原料廉价易得，成本低，操作简单，TiO2自支撑膜不易碎裂、成分单一、透明性高、紫外光催化能力强。本专利技术提出的一种TiO2透明自支撑膜，所述TiO2透明自支撑膜由TiO2纤维交错组成，所述TiO2纤维包括芯层和壳层，壳层包覆芯层，所述芯层为纳米TiO2颗粒构成的多孔纤维，所述壳层是由花状TiO2颗粒构成。优选地，所述花状TiO2颗粒由TiO2纳米柱构成或由TiO2纳米柱与TiO2纳米片构成。本专利技术还公开了上述TiO2透明自支撑膜的制备方法，包括如下步骤：将草酸钛钾溶于二甘醇水溶液中得到溶液A；将纤维素纸浸渍于溶液A中，进行水热反应，取出反应后的材料，洗涤，干燥得到材料B；取材料B，在空气氛围下，升温至450-700℃，保温1-3h得到TiO2透明自支撑膜。优选地，取材料B，在空气氛围下，可以升温至460、470、480、490、500、510、520、530、540、550、560、570、580、590、600、610、620、630、640、650、660、670、680或690℃，可以保温1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8或2.9h得到TiO2透明自支撑膜。优选地，草酸钛钾、二甘醇的摩尔比为1：70-140。优选地，草酸钛钾、二甘醇的摩尔比可以为1：71、1：73、1：75、1：77、1：80、1：83、1：85、1：87、1：90、1：93、1：95、1：97、1：100、1：103、1：105、1：107、1：110、1：113、1：115、1：117、1：120、1：123、1：125、1：127、1：130、1：133、1：135、1：137或1：139。优选地，二甘醇水溶液中，二甘醇和水的体积比为2：1-3。优选地，二甘醇水溶液中，二甘醇和水的体积比可以为2：1.1、2：1.3、2：1.5、2：1.7、2：1.9、1：1、2：2.1、2：2.3、2：2.5、2：2.7或2：2.9。优选地，纤维素纸的厚度为30-60μm。优选地，纤维素纸的厚度可以为32、34、36、38、40、42、44、46、48、49、50、52、54、56或58μm。优选地，纤维素纸和溶液A的重量比为1：350-450。优选地，纤维素纸和溶液A的重量比可以为1：355、1：360、1：365、1：370、1：375、1：380、1：385、1：390、1：395、1：400、1：405、1：410、1：415、1：420、1：425、1：430、1：435、1：440或1：445。优选地，水热反应的温度为140-200℃，时间为4-10h。优选地，水热反应的温度可以为141、145、150、155、160、165、170、175、180、185、190、195或199℃，时间可以为4.5、5、5.5、6、6.5、7、7.5、8、8.5、9或9.5h。本专利技术还提出了上述TiO2透明自支撑膜作为紫外光催化剂的应用。上述水热反应是本领域常用技术手段。上述水均为去离子水。本专利技术选用草酸钛钾、二甘醇、水和纤维素纸进行水热反应，原料廉价易得，降低本专利技术的生产成本；在水热反应过程中，纤维素纤维发生原位矿化形成TiO2-纤维素纤维，TiO2颗粒均匀负载在该纤维表面；TiO2-纤维素纤维经煅烧后纤维素被烧掉，形成由纳米TiO2颗粒构成的多孔纤维芯层，负载在TiO2-纤维素纤维表面的TiO2颗粒经煅烧后负载在芯层表面构成壳层，壳层由成分单一的花状TiO2颗粒构成，花状TiO2颗粒由TiO2纳米柱构成或由TiO2纳米柱与TiO2纳米片构成，壳层与芯层紧密连接构成TiO2纤维，TiO2纤维交错构成不易碎裂、成分单一且透明的TiO2自支撑膜，具有该结构的TiO2自支撑膜对紫外光的利用率具有较大的提高，使得本专利技术特别适用于污染物的光催化处理；本专利技术操作简单，调控方便，在光催化领域具有良好的市场前景。附图说明图1为纤维素纸与TiO2透明自支撑膜的光学照片，其中，a为纤维素纸的光学照片，b为TiO2透明自支撑膜的光学照片。图2为TiO2透明自支撑膜的显微图片。图3为TiO2透明自支撑膜中TiO2纤维表面花状TiO2颗粒的SEM图。图4为TiO2透明自支撑膜中TiO2纤维表面花状TiO2颗粒的放大SEM图，花状TiO2颗粒由TiO2纳米柱构成。图5为TiO2透明自支撑膜中TiO2纤维的断面照片。图6为TiO2透明自支撑膜紫外光降解亚甲基蓝曲线。图7为TiO2透明自支撑膜中TiO2纤维表面花状TiO2颗粒的SEM图，花状TiO2颗粒由TiO2纳米柱与TiO2纳米片构成。具体实施方式下面，通过具体实施例对本专利技术的技术方案进行详细说明。实施例1一种TiO2透明自支撑膜，所述TiO2透明自支撑膜由TiO2纤维交错组成，所述TiO2纤维包括芯层和壳层，壳层包覆芯层，所述芯层为纳米TiO2颗粒构成的多孔纤维，所述壳层是由花状TiO2颗粒构成。上述TiO2透明自支撑膜的制备方法，包括如下步骤：将草酸钛钾溶于二甘醇水溶液中得到溶液A；将纤维素纸浸渍于溶液A中，进行水热反应，取出反应后的材料，洗涤，干燥得到材料B；取材料B，在空气氛围下，升温至580℃，保温2h得到TiO2透明自支撑膜。实施例2一种TiO2透明自支撑膜，所述TiO2透明自支撑膜由TiO2纤维交错组成，所述TiO2纤维包括芯层和壳层，壳层包覆芯层，所述芯层为纳米TiO2颗粒构成的多孔纤维，所述壳层是由花状TiO2颗粒构成，所述花状TiO2颗粒由TiO2纳米柱本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种TiO2透明自支撑膜，其特征在于，所述TiO2透明自支撑膜由TiO2纤维交错组成，所述TiO2纤维包括芯层和壳层，壳层包覆芯层，所述芯层为纳米TiO2颗粒构成的多孔纤维，所述壳层是由花状TiO2颗粒构成。

【技术特征摘要】
1.一种TiO2透明自支撑膜，其特征在于，所述TiO2透明自支撑膜由TiO2纤维交错组成，所述TiO2纤维包括芯层和壳层，壳层包覆芯层，所述芯层为纳米TiO2颗粒构成的多孔纤维，所述壳层是由花状TiO2颗粒构成。2.根据权利要求1所述TiO2透明自支撑膜，其特征在于，所述花状TiO2颗粒由TiO2纳米柱构成或由TiO2纳米柱与TiO2纳米片构成。3.一种如权利要求1或2所述TiO2透明自支撑膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将草酸钛钾溶于二甘醇水溶液中得到溶液A；将纤维素纸浸渍于溶液A中，进行水热反应，取出反应后的材料，洗涤，干燥得到材料B；取材料B，在空气氛围下，升温至450-700℃，保温1-3h得到TiO2透明自支撑膜。4.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡路阳，张善美，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34