本发明涉及膜材料技术领域，更具体地，涉及一种复合碳纤维膜及其制备方法。
背景技术
由于现代建筑的密封性良好，新型装修装饰材料和中央空调系统的广泛应用，挥发性有机小分子化合物成为室内污染的主要物质，挥发性有机小分子化合物成分复杂，浓度低，危害大，难以去除。
我们常用分子筛、活性炭等等吸附性材料来吸附有机小分子污染物，特别是活性炭，广泛应用于室内车内等场所，但是活性炭具有饱和吸附值，净化效果随时间下降，吸附效率不高，而且难以再生，作为一种良好的替代物，碳纤维材料作为一种新型高效的有机污染物吸附材料进入大众视野，碳纤维材料呈多孔纤维状，直径约为5～30um，有乱层石墨结构，均匀分布大量狭窄的微孔，形成大量丰富的纳米空间，具有很大的吸附表面积，吸附容量是普通的粒状活性炭的几十倍，而且由于微孔直接开于表面，孔径小，吸附路径短，小分子可以非常快的速度吸附到表面，而活性炭由于深而曲折的孔道，则形成较长的吸附路径，吸附速度慢，由于活性炭纤维疏水非极性的表面，对有机分子有更好的相容性。
光催化半导体材料由于其具有光催化降解有机小分子的功能，常被用来用于有机小分子污染净化的研究，然而单独的光催化半导体纳米材料常为粉末状，接触面积小，限制了其使用范围，特别是硫化镉(cds)和氧化锌(zno)，曾经被大量使用，但是其化学性质不稳定，使用过程中分解释放出重金属离子，存在安全隐患。
技术实现要素：
鉴于现有技术情况，为解决现有技术的不足，本发明提供了一种具有高吸附能力和净化能力并且安全环保的复合碳纤维膜，同时提出了所述复合碳纤维膜的全新制备方法。
为实现上述目的，本发明采用如下一种技术方案：
一种复合碳纤维膜，包括载体基底和tio2复合碳纤维膜。
所述载体基底呈金属薄层板状或片状，不限于金属板，还包括金属网制成的不规则形状载体，所述的金属板是指纯金属板或者表面包覆有金属薄层的金属板，所述的金属板和金属网中的金属优选为金、银、锌、铝和不锈钢中的一种或几种。
所述tio2复合碳纤维膜包括碳纤维膜、tio2纳米粒子和无机粘结剂，所述碳纤维膜呈多孔纤维状结构，表面平整光滑，均匀大量分布浅而狭窄的微孔，所述tio2纳米粒子通过所述无机粘结剂粘结在所述碳纤维膜的表面，所述tio2纳米粒子可呈堆状或片状或分散状分布于所述碳纤维膜表面。
根据所述的一种复合碳纤维膜，提出一种复合碳纤维膜制备方法，包括以下步骤：
(1)载体基底的清洗：所述载体基底经砂纸打磨后，放入丙酮中经超声清洗3～5min，取出晾干，重复3～5次后，彻底晾干，放置于化学气相沉积装置中；
(2)碳纤维膜的生长：选用丙酮为碳源，由氩气携带蒸汽丙酮进入反应腔体，其气体流速为50ml/min，另一反应气体为氢气，其气体流速为40～100ml/min，所述化学气相沉积装置功率为400w，气压为65pa，反应时间为40～100min，制好后密封保存备用；
(3)tio2纳米粒子的复合：将质量分数为85％的h3po4溶液水浴加热至50～80℃，搅拌条件下不断加入al(oh)3粉末，直至产生白色粘稠液体alpo4；
将tio2纳米粒子分散于丙酮中，搅拌1～5h，并置于超声分散器中1～5h后，制成质量分数3％～10％的分散液；
将已制备好的碳纤维膜置于去离子水中，于超声清洗仪中清洗5～10min并取出晾干，重复3～5次，彻底晾干，浸渍于已制好的alpo4中5～30min，然后置于干燥箱内120～150℃烘烤10～30min，而后于tio2纳米粒子分散液中浸渍5～30min，置于干燥箱中120～150℃干燥3～6h，反复3～5次；
(4)稳定性后处理：将由步骤(3)得到的样品放于支撑架上，即得到表面涂覆tio2纳米粒子的复合碳纤维膜。
进一步地，热丝化学气相沉积装置使用直径为0.4mm的钽(ta)丝，所述载体基底与所述钽丝的距离为4～7mm，优选为6mm。
进一步地，所述h3po4溶液与所述al(oh)3粉末的质量比为1.1～1.5:1。
进一步地，所述氩气纯度为99-99.99％，所述氢气的纯度为99-99.99％。
进一步地，所述粘结剂alpo4需要现场制备使用。
综上所述，本发明的有益效果为：
tio2纳米粒子作为光催化半导体材料，在紫外光照射下能吸收能量，产生光电子-空穴对，对有机小分子具有很强的氧化性，而且相对于曾经较多使用的硫化镉(cds)和氧化锌(zno)，tio2纳米粒子氧化能力强，化学性质稳定无毒，将tio2纳米粒子复合在碳纤维膜上，相对于碳纤维膜，tio2纳米粒子对有机小分子污染物的吸附强度高于碳纤维材料，光催化降解使得有机小分子污染物向tio2纳米粒子转移，同时，碳纤维膜的纤维状结构大大增加了表面积，对有机小分子污染物的吸附容量大，有富集作用，有机小分子污染物向tio2转移使得碳纤维膜的吸附能力不断再生；相对于有机环氧粘结剂容易降解，本发明使用无机粘结剂，多次使用不影响粘结性。
具体实施方式
应用实例中使用的化学试剂，丙酮采购自alfachemicals，其它试剂采购自上海化学试剂公司，甲醛的浓度由长春市产品质量检测院采用标准的分光光度法测试。
实施例1：
(1)载体基底的清洗：所述载体基底经砂纸打磨后，放入丙酮中经超声清洗3min，取出晾干，重复3次后，彻底晾干，放置于化学气相沉积装置中；
(2)碳纤维膜的生长：选用丙酮为碳源，由氩气携带蒸汽丙酮进入反应腔体，其气体流速为50ml/min，另一反应气体为氢气，其气体流速为40ml/min，所述化学气相沉积装置功率为400w，气压为65pa，反应时间为40min，制好后密封保存备用；
(3)tio2纳米粒子的复合：将质量分数为85％的h3po4溶液水浴加热至50℃，搅拌条件下不断加入al(oh)3粉末，直至产生白色粘稠液体alpo4；
将tio2纳米粒子分散于丙酮中，搅拌1h，并置于超声分散器中1h后，制成质量分数3％的分散液；
将已制备好的碳纤维膜置于去离子水中，于超声清洗仪中清洗5min并取出晾干，重复3次，彻底晾干，浸渍于已制好的alpo4中5min，然后置于干燥箱内120℃烘烤10min，而后于tio2纳米粒子分散液中浸渍5min，置于干燥箱中120℃干燥3h，反复3次；
(4)稳定性后处理：将由步骤(3)得到的样品放于支撑架上，即得到表面涂覆tio2纳米粒子的复合碳纤维膜。
进一步地，热丝化学气相沉积装置使用直径为0.4mm的钽(ta)丝，所述载体基底与所述钽丝的距离为4mm。
进一步地，所述h3po4溶液与所述al(oh)3粉末的质量比为1.1:1。
进一步地，所述氩气纯度为99％，所述氢气的纯度为99％。
进一步地，所述粘结剂alpo4需要现场制备使用。
经分光光度法测试，本发明所述的复合碳纤维膜500平方厘米在含有0.5毫克甲醛的1立方米的空间内，放置12个小时后,甲醛的浓度下降了90％，甲醛的浓度为0.05毫克，甲醛的浓度远远低于国家标准的0.08毫克，再放置72小时，甲醛的浓度下降到0.024毫克，在低于国家标准的浓度下，复合碳纤维膜仍然保持很高的净化效率，总的甲醛清除率达到95％，向上述空间再次充入0.5毫克甲醛，继续降解，重复10次，其对甲醛的降解仍在90％以上。
实施例2：
(1)载体基底的清洗：所述载体基底经砂纸打磨后，放入丙酮中经超声清洗4min，取出晾干，重复4次后，彻底晾干，放置于化学气相沉积装置中；
(2)碳纤维膜的生长：选用丙酮为碳源，由氩气携带蒸汽丙酮进入反应腔体，其气体流速为50ml/min，另一反应气体为氢气，其气体流速为70ml/min，所述化学气相沉积装置功率为400w，气压为65pa，反应时间为60min，制好后密封保存备用；
(3)tio2纳米粒子的复合：将质量分数为85％的h3po4溶液水浴加热至70℃，搅拌条件下不断加入al(oh)3粉末，直至产生白色粘稠液体alpo4；
将tio2纳米粒子分散于丙酮中，搅拌3h，并置于超声分散器中3h后，制成质量分数7％的分散液；
将已制备好的碳纤维膜置于去离子水中，于超声清洗仪中清洗7min并取出晾干，重复4次，彻底晾干，浸渍于已制好的alpo4中20min，然后置于干燥箱内130℃烘烤20min，而后于tio2纳米粒子分散液中浸渍20min，置于干燥箱中140℃干燥3～6h，反复4次；
(4)稳定性后处理：将由步骤(3)得到的样品放于支撑架上，即得到表面涂覆tio2纳米粒子的复合碳纤维膜。
进一步地，热丝化学气相沉积装置使用直径为0.4mm的钽(ta)丝，所述载体基底与所述钽丝的距离为6mm。
进一步地，所述h3po4溶液与所述al(oh)3粉末的质量比为1.3:1。
进一步地，所述氩气纯度99.9％，所述氢气的纯度99.9％。
进一步地，所述粘结剂alpo4需要现场制备使用。
经分光光度法测试，本发明所述的复合碳纤维膜500平方厘米在含有0.5毫克甲醛的1立方米的空间内，运行12个小时后,甲醛的浓度下降了93％，甲醛的浓度为0.035毫克，甲醛的浓度远远低于国家标准的0.08毫克，再运行72小时，甲醛的浓度下降到0.02毫克，在低于国家标准的浓度下，复合碳纤维膜仍然保持很高的净化效率，总的甲醛清除率达到96％，向上述空间再次充入0.5毫克甲醛，继续降解，重复10次，其对甲醛的降解仍在90％以上。
实施例3：
(1)载体基底的清洗：所述载体基底经砂纸打磨后，放入丙酮中经超声清洗min，取出晾干，重复5次后，彻底晾干，放置于化学气相沉积装置中；
(2)碳纤维膜的生长：选用丙酮为碳源，由氩气携带蒸汽丙酮进入反应腔体，其气体流速为50ml/min，另一反应气体为氢气，其气体流速为100ml/min，所述化学气相沉积装置功率为400w，气压为65pa，反应时间为100min，制好后密封保存备用；
(3)tio2纳米粒子的复合：将质量分数为85％的h3po4溶液水浴加热至80℃，搅拌条件下不断加入al(oh)3粉末，直至产生白色粘稠液体alpo4；
将tio2纳米粒子分散于丙酮中，搅拌5h，并置于超声分散器中5h后，制成质量分数10％的分散液；
将已制备好的碳纤维膜置于去离子水中，于超声清洗仪中清洗10min并取出晾干，重复5次，彻底晾干，浸渍于已制好的alpo4中30min，然后置于干燥箱内150℃烘烤30min，而后于tio2纳米粒子分散液中浸渍30min，置于干燥箱中150℃干燥6h，反复5次；
(4)稳定性后处理：将由步骤(3)得到的样品放于支撑架上，即得到表面涂覆tio2纳米粒子的复合碳纤维膜。
进一步地，热丝化学气相沉积装置使用直径为0.4mm的钽(ta)丝，所述载体基底与所述钽丝的距离为7mm。
进一步地，所述h3po4溶液与所述al(oh)3粉末的质量比为1.5:1。
进一步地，所述氩气纯度为99.99％，所述氢气的纯度为99.99％。
进一步地，所述粘结剂alpo4需要现场制备使用。
经分光光度法测试，本发明所述的复合碳纤维膜500平方厘米在含有0.5毫克甲醛的1立方米的空间内，运行12个小时后,甲醛的浓度下降了92％，甲醛的浓度为0.04毫克，甲醛的浓度远远低于国家标准的0.08毫克，再运行72小时，甲醛的浓度下降到0.03毫克，在低于国家标准的浓度下，复合碳纤维膜仍然保持很高的净化效率，总的甲醛清除率达到94％，向上述空间再次充入0.5毫克甲醛，继续降解，重复10次，其对甲醛的降解仍在90％以上。
上面对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。