一种高效光催化复合材料的制备方法与流程

本发明属于复合材料
技术领域：
，具体涉及一种高效光催化复合材料的制备方法。
背景技术：
：随着轻纺工业的快速发展，人们的生产水平日益提高，服饰色彩绚丽多彩，随之而来的是，大量工业染料废水被排放到大自然中，造成水体污染日趋严重。因此，解决水体污染成为当前人们面临的一个重大问题。当前处理废水的方法主要有以下几种，如活性炭吸附法、曝气-氧化法、化学沉淀法(氢氧化物沉淀、铁氧体沉淀)、膜分离法、离子交换法等。但上述处理方法所使用的设备占地面积大，工作流程长，能耗大，而且一些处理方法的净化效果不是很理想。光催化技术是近几年来迅速发展起来的，对许多有机污染物的处理都展现出优异效果，是一种高效节能现代污水处理技术。纳米tio2是一种白色、无毒的粉末。它的优点主要有抗化学和光腐蚀、光催化活性高、对废水中的有机物降解无选择性、无二次污染等优点，是目前被称为拥有广阔应用前景的光催化剂。纳米tio2光催化剂具有高效、催化范围广以及有效去除多种有机污染物等特点，在水处理和空气净化领域有广阔的应用前景。早期对tio2光催化氧化的研究，大多利用其胶体溶液和颗粒悬浮体系来降解有机污染物，但是回收过程非常复杂。因此，制备稳定、牢固、高效的固定化二氧化钛是光催化技术实用化的关键问题之一。熔喷工艺原理是将聚合物熔体从模头喷丝孔中挤出，形成熔体细流，加热的拉伸空气从模头喷丝孔两侧风道亦称气缝中高速吹出，对聚合物熔体细流进行拉伸。冷却空气在模头下方一定位置从两侧补入，使纤维冷却结晶，另外在冷却空气装置下方也可设置喷雾装置，进一步对纤维进行快速冷却。在接受装置的成网帘下方设真空抽吸装置，使经过高速气流拉伸形成的超细纤维均匀地收集在接受装置的成网帘或滚上，依靠自身粘合或其它加固方法成为熔喷非织造材料。聚丙烯是由丙烯为单体聚合而成的聚合物，熔喷工艺中常用的是等规聚丙烯，其纤维由于具有原料丰富、生产成本低、质轻、强度高、耐腐蚀、耐磨性及弹性回复性好、不起球、价廉等的优点，已大量用于非织造布。而基于熔喷工艺生产的聚丙烯熔喷非织造布中纤维排列均匀，成三维杂乱状，纤维细度小，大多数纤维细度单一，具有丰富的孔隙度以及极好的亲油性。另外，聚丙烯熔喷非织造布还具有耐酸碱、耐有机溶剂、耐虫蛀、耐霉烂和无毒等特点，再加上聚丙烯熔喷非织造布良好的再加工性能，使其具有广阔的应用领域。熔喷丙纶非织造布由聚丙烯制备而得，纤维形态较粗，纤维间孔隙较大，且缺乏羟基等功能性基团，不具备吸附性能，在作为tio2载体时，无法牢固固定tio2颗粒。细菌纤维素(bc)是一种由细菌发酵生成的生物高分子材料，其内部呈纳米级超纤维网络结构，具有独特的性质，如高化学纯度和高结晶度、较强的持水能力、较好的生物相容性和生物可降解性、较高的弹性模量和抗拉强度、生物合成时具有可调控性，bc化学式为(c6h10o5)n，由d-吡喃葡萄糖苷通过β-1,4-葡萄糖苷键连接，形成彼此平行无分支结构的直链多糖，含有丰富的羟基官能团。因此，bc被认为是最具有应用潜力的新型生物材料，可以作为负载纳米粒子的模板，如羟基磷灰石、二氧化硅、硅纳米管、碳纳米管、二氧化钛等，基于以上优点，细菌纤维素开始被应用于光催化领域。技术实现要素：根据以上现有技术的不足，本发明所要解决的问题是提出一种高效光催化复合材料的制备方法，目的是将细菌纤维素、熔喷非织造布与纳米二氧化钛的优点相结合，提高光的利用率，同时增加二氧化钛负载量，进而有效提升光催化效率。为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种高效光催化复合材料的制备方法，该方法包括如下步骤：(1)将胰蛋白胨、酵母粉和甘露醇按照质量比4.5:3:25.5配置营养液；将圆形熔喷非织造布试样在纳米tio2悬浮液中浸渍一段时间；(2)往锥形瓶中倒入营养液和浸渍好的试样，封口后置于高压灭菌锅中灭菌；(3)在生物安全柜中，利用移液枪移取原菌液放入冷却的营养液中，然后，将接种好的营养液放置于摇床培养箱中静态培养；(4)将培养好的细菌纤维素复合材料取出，用去离子水冲洗后放入naoh溶液中，在水浴锅中碱煮以便去除残余培养基和细菌，碱煮结束后，再次用去离子水将细菌纤维素冲洗至中性，并放入去离子水中进行水洗；(5)将水洗后的细菌纤维素复合材料用去离子水清洗后放入冷冻干燥机中冷冻干燥19-24h，最终获得高效光催化复合材料。优选的，步骤(1)所述圆形熔喷非织造布试样克重为35g/m2，纳米tio2悬浮液浓度为1-3g/l，浸渍时间为30-90min。优选的，步骤(2)所述的高压灭菌温度为126℃，压强为0.15mp，灭菌时间为1h。优选的，步骤(3)所述移取的原菌液的量为10ml，静态培养的时间为3-5d。优选的，步骤(4)所述的naoh的浓度为0.11mol/l，水浴锅的温度为80℃，碱煮时间为8-12h，去离子水的温度为80℃，水洗时间为8-12h。一种高效光催化复合材料的制备方法制备的光催化复合材料的应用，该材料应用于处理光催化降解染料废水。本发明有益效果是:1.细菌纤维素作为一种新型的环境友好性能优异的材料，由于其独特的三维网络结构，可以与大多数有机或无机材料结合作为基体，在复合材料方面具有广泛研究和应用，在本发明中作为纳米粉末载体效果显著。2.本发明将聚丙烯熔喷布在一定浓度的纳米tio2悬浮液中搅拌一段时间，使其负载有大量纳米tio2颗粒，有效提高细菌纤维素中纳米tio2含量。培养过程中，细菌纤维素围绕着熔喷非织造布生长，获得细菌纤维素复合熔喷非织造布材料，使材料力学性能得到较大提升。将熔喷非织造布作为纳米二氧化钛前驱载体，与直接添加相比，大幅提高二氧化钛负载量。3.本发明将细菌纤维素与熔喷丙纶非织造布复合作为纳米tio2的载体，防止纳米tio2颗粒发生集聚、失活，避免大量脱落，制备的tio2稳定、牢固，提高了对光的利用率，同时凭借bc表面的大量羟基作用，提高材料的吸附性能，使其能够更好的应用于光催化领域。附图说明下面对本说明书附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：图1是均匀负载tio2的细菌纤维素/熔喷非织造布复合材料实物图片。图2是细菌纤维素/熔喷非织造布复合材料sem图片(×10.0k)。图3是均匀负载tio2的细菌纤维素/熔喷非织造布复合材料sem图片(×10.0k)。具体实施方式下面通过对实施例的描述，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。实施例11.将胰蛋白胨、酵母粉和甘露醇按照质量比4.5:3:25.5配置营养液；将圆形熔喷非织造布试样(克重为35g/m2)在浓度为1g/l的纳米tio2悬浮液中浸渍60min。2.往500ml的锥形瓶中倒入180ml的营养液和浸渍好的试样，封口后在126℃，0.15mp条件下，置于高压灭菌锅中灭菌1h。3.在生物安全柜中，利用移液枪移取10ml原菌液放入冷却的营养液中。然后，将接种好的营养液放置于摇床培养箱中静态培养4d。4.将培养好的复合细菌纤维素取出，用去离子水冲洗后放入0.11mol/lnaoh溶液中，在80℃水浴锅中碱煮10h以便去除残余培养基和细菌。碱煮结束后，再次用去离子水将细菌纤维素冲洗至中性，并放入80℃的去离子水中进行水洗10h。5.将水洗后的复合细菌纤维素用去离子水清洗后放入冷冻干燥机中冷冻干燥19-24h，最终获得高效光催化复合材料。实施例21.将胰蛋白胨、酵母粉和甘露醇按照质量比4.5:3:25.5配置营养液；将圆形熔喷非织造布试样(克重为35g/m2)在浓度为2g/l的纳米tio2悬浮液中浸渍30min。2.往500ml的锥形瓶中倒入180ml的营养液和浸渍好的试样，封口后在126℃，0.15mp条件下，置于高压灭菌锅中灭菌1h。3.在生物安全柜中，利用移液枪移取10ml原菌液放入冷却的营养液中。然后，将接种好的营养液放置于摇床培养箱中静态培养3d。4.将培养好的复合细菌纤维素取出，用去离子水冲洗后放入0.11mol/lnaoh溶液中，在80℃水浴锅中碱煮12h以便去除残余培养基和细菌。碱煮结束后，再次用去离子水将细菌纤维素冲洗至中性，并放入80℃的去离子水中进行水洗12h。5.将水洗后的复合细菌纤维素用去离子水清洗后放入冷冻干燥机中冷冻干燥19-24h，最终获得高效光催化复合材料。实施例31.将胰蛋白胨、酵母粉和甘露醇按照质量比4.5:3:25.5配置营养液；将圆形熔喷非织造布试样(克重为35g/m2)在浓度为1g/l的纳米tio2悬浮液中浸渍30min。2.往500ml的锥形瓶中倒入180ml的营养液和浸渍好的试样，封口后在126℃，0.15mp条件下，置于高压灭菌锅中灭菌1h。3.在生物安全柜中，利用移液枪移取10ml原菌液放入冷却的营养液中。然后，将接种好的营养液放置于摇床培养箱中静态培养5d。4.将培养好的复合细菌纤维素取出，用去离子水冲洗后放入0.11mol/lnaoh溶液中，在80℃水浴锅中碱煮8h以便去除残余培养基和细菌。碱煮结束后，再次用去离子水将细菌纤维素冲洗至中性，并放入80℃的去离子水中进行水洗8h。5.将水洗后的复合细菌纤维素用去离子水清洗后放入冷冻干燥机中冷冻干燥19-24h，最终获得高效光催化复合材料。光催化性能测试配置浓度为0.5mol/l的亚甲基蓝溶液，在4个试管中分别放入50ml亚甲基蓝溶液，将质量为10mg的纯熔喷非织造布/细菌纤维素和实施例1-3放入试管中，在功率为300w的汞灯照射下，经过120min，每隔20min分别取一定量的亚甲基蓝溶液，测试其在664nm波长处的吸光度大小。测试结果如表1所示。由表1可知，均匀负载tio2的细菌纤维素/熔喷非织造布复合材料具有良好的光催化性能。表1亚甲基蓝降解率亚甲基蓝降解率纯熔喷非织造布/细菌纤维素33.7％实施例191.4％实施例284.2％实施例380.3％上面对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。当前第1页12