一种二氧化钛/纤维素纤维基活性炭复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种二氧化钛/纤维素纤维基活性炭复合材料及其制备方法，属于活性炭复合材料制备技术。
【背景技术】
[0002]传统印染废水处理方法处理不太理想，主要是因为废水中染料分子结构稳定，成分复杂，脱色率、COD去除率不高，容易产生二次污染。利用半导体材料的光催化性能在室温条件下就可将许多化学法和生物法无法去除的有机物完全分解为二氧化碳和水，且不造成二次污染，它可用太阳光和荧光灯中含有的紫外光作激发源。当前，用于降解环境污染物的催化剂中，二氧化钛凭借其光催化活性高、难溶、无毒和成本低等特点成为最具有应用前景的光催化剂之一，且具有净化空气，杀死细菌，降解难降解有机物等作用。但传统的纳米1102悬浮相光催化剂易失活、易凝聚、难回收的缺点，因此寻找一种具有较大比表面积，又与T12牢固结合的高效负载材料是实用化技术的关键。活性炭材料作为一种理想的吸附材料，是在炭纤维技术和活性炭技术相结合的基础上发展起来的。活性炭具有较大的孔容量和比表面积，且以微孔为主，因此，有利于吸附质扩散进入孔内及活性表面，活性炭显示出更高的吸附容量和更快的吸附脱附速度。利用该活性炭将有效地吸附和去除污水中的染料、楽.料、助剂、油剂、酸碱、纤维杂质、无机盐等。
[0003]针对印染污水深度处理过程中有机污染物分子难以高效去除而造成回水利用率低等问题，迫切需要提出或建立新型高效选择性消除污染物的原理和方法。以纳米材料和纳米组装技术为基础的反应平台，使其能够提供一类特殊微环境的界面，通过与有机污染物分子的界面相互作用，在光作用下触发该纳米材料特殊的催化或转化效应，安全、高效选择性地清除这类有机污染物。从根本上解决长期以来传统处理方法对一般有机/无机物大量共存条件下无法选择性清除低浓度、高毒性、难降解有机污染物的难题。
【发明内容】
[0004]本发明为了克服上述现有技术的不足，目的是提供了一种二氧化钛/纤维素纤维基活性炭复合材料及其制备方法，以该方法制得复合材料具有较强的吸附性能和较好的光催化降解性能。
[0005]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是:
[0006]一种二氧化钛/纤维素纤维基活性炭复合材料的制备方法，其特征是:该方法首先将钛酸四丁酯制成淡黄色打02透明溶胶，再将其添加到配制好的纤维素纤维溶液中，使其充分反应，反应结束且沉淀后再滤出上层液体，然后置于空气中放置12?36h，分别用蒸馏水、无水乙醇交替洗涤过滤，直至滤液呈中性，将所得制品置于真空烘箱中在50?80°C条件下干燥4?8h，制得二氧化钛/纤维素纤维复合材料；再将二氧化钛/纤维素纤维复合材料经预氧化、炭化和活化过程，制备成具有高效吸附和催化性能的二氧化钛/纤维素纤维素基活性炭复合材料；该方法包括以下步骤:
[0007]I) 二氧化钛溶胶制备:将15?30份钛酸四丁酯和5?15份冰醋酸溶于50?80份无水乙醇中，磁力搅拌0.5?2h使之混合均勾，缓慢滴入80?95份无水乙醇和5?20份蒸馏水的混合溶液中，控制滴定管滴速，密封搅拌得到淡黄色1102透明溶胶，静置陈化2 ?4h ;
[0008]2)纤维素纤维溶液制备:在室温下将纤维素纤维溶解于相应的溶剂中，配制成体积质量分数(g/L)为I?20%的溶液，磁力搅拌至溶液透明；
[0009]3) 二氧化钛/纤维素纤维复合材料制备:将步骤I)制得的二氧化钛溶胶与步骤2)制得的纤维素纤维溶液按照溶质的质量比0.01: I?0.5: I进行混合，搅拌至完全混合均匀，反应结束后沉淀，再滤去上层液体，然后置于空气中放置12?36h，分别用蒸馏水、无水乙醇交替洗涤、抽滤，至滤液呈中性，最后置于真空烘箱中在50?80°C条件下干燥4?8h，制得二氧化钛/纤维素纤维复合材料；
[0010]4)活性炭复合材料制备:将步骤3)制得的二氧化钛/纤维素纤维复合材料经预氧化、炭化和活化过程，制备成二氧化钛/纤维素纤维基活性炭复合材料。
[0011]所述纤维素纤维材料是天然纤维素纤维和再生纤维素纤维，天然纤维素纤维包括麻纤维、竹纤维、棉花；再生纤维素纤维包括粘胶纤维、Tence纤维、Lyocell纤维、Modal纤维。
[0012]所述步骤2)纤维素纤维所用的溶剂是二甲基亚砜、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、N-甲基吗啉-N-氧化物、四乙基氯化铵溶液、硫氰酸铵溶液、三乙醇胺、氨水溶液、碱性水溶液中一种或几种混合溶剂体系。
[0013]所述碱性水溶液是碱金属氢氧化物水溶液，具体为氢氧化钠、氢氧化钾。
[0014]所述的预氧化温度控制在50?350 °C ;活化在5?20wt %的呀04溶液和5?20界七％的KOH溶液中进行；炭化在管式马弗炉中，惰性气体氛围中进行，温度控制400?600 °C锻烧。
[0015]所述惰性气体是N2。
[0016]本发明还包括利用上述方法制备的二氧化钛/纤维素纤维素基活性炭复合材料。
[0017]本发明制备方法过程简单，所获得二氧化钛/纤维素纤维基活性炭复合材料具有较强的吸附性能和较好的光催化降解性能。
【具体实施方式】
[0018]下面将结合具体实施例对本发明作进一步描述。
[0019]一种二氧化钛/纤维素纤维基活性炭复合材料的制备方法，其特征是:该方法首先将钛酸四丁酯制成淡黄色打02透明溶胶，再将其添加到配制好的纤维素纤维溶液中，使其充分反应，反应结束且沉淀后再滤出上层液体，然后置于空气中放置12?36h，分别用蒸馏水、无水乙醇交替洗涤过滤，直至滤液呈中性，将所得制品置于真空烘箱中在50?80°C条件下干燥4?8h，制得二氧化钛/纤维素纤维复合材料；再将二氧化钛/纤维素纤维复合材料经预氧化、炭化和活化过程，制备成具有高效吸附和催化性能的二氧化钛/纤维素纤维素基活性炭复合材料；本发明制备方法过程简单，所获得二氧化钛/纤维素纤维基活性炭复合材料具有较强的吸附性能和较好的光催化降解性能。
[0020]实施例1:
[0021]一种二氧化钛/纤维素纤维素活性炭复合材料及其制备方法，它包括如下步骤:
[0022]I) 二氧化钛溶胶制备:将15份钛酸四丁酯和5份冰醋酸溶于50份无水乙醇中，磁力搅拌0.5h使之混合均匀，缓慢滴入80份无水乙醇和5份蒸馏水的混合溶液中，控制滴定管滴速，密封搅拌得到淡黄色1102透明溶胶，静置陈化2h ;
[0023]2)纤维素纤维溶液制备:在室温下将纤维素纤维(麻纤维)溶解于二甲基亚砜中，配制成体积质量分数(g/L)为I %的溶液，磁力搅拌至溶液透明；
[0024]3) 二氧化钛/纤维素纤维复合材料制备:将步骤I)制得的二氧化钛溶胶与步骤2)制得的木质纤维素溶液按照溶质的质量比0.01: I进行混合，搅拌至完全混合均匀，反应结束后沉淀，再滤去上层液体，然后置于空气中放置24h，分别用蒸馏水、无水乙醇交替洗涤、抽滤，至滤液呈中性，最后置于真空烘箱中在50°C条件下干燥4h，制得复合材料；
[0025]4)活性炭复合材料制备:将步骤3)制得木质纤维素基复合材料经预氧化、炭化和活化过程，预氧化温度为150°C，在5wt %的H3PO4溶液和5wt %的KOH溶液中进行活化；在管式马弗炉中，惰性气体队氛围中进行炭化，温度控制450°C锻烧，最后制备成二氧化钛/纤维素纤维素基活性炭复合材料。
[0026]实施例2:
[0027]一种二氧化钛/纤维素纤维素活性炭复合材料及其制备方法，它包括如下步骤:
[0028]I) 二氧化钛溶胶制备:将20份钛酸四丁酯和10份冰醋酸溶于60份无水乙醇中，磁力搅拌Ih使之混合均匀，缓慢滴入85份无水乙醇和10份蒸馏水的混合溶液中，控制滴定管滴速，密封搅拌得到淡黄色1102透明溶胶，静置陈化3h ;
[0029]2)纤维素纤维溶液制备:在室温下将纤维素纤维(Lyocell纤维)溶解于二甲基甲酰胺中，配制成体积质量分数(g/L)为8