一種玻璃纖維負載二氧化鈦復合材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種玻璃纖維負載二氧化鈦復合材料的制備方法，該方法以有機或無機鈦化合物為鈦源、玻璃纖維為載體，在酸性條件下通過直接水解法得到玻璃纖維負載二氧化鈦納米顆粒的復合材料，并通過調(diào)節(jié)反應體系的酸濃度、反應時間等參數(shù)，實現(xiàn)玻璃纖維表面二氧化鈦納米顆粒的形貌可控。本發(fā)明提供的方法通過一步法既實現(xiàn)了對玻璃纖維的表面改性，同時將具有光催化活性的二氧化鈦均勻負載在玻璃纖維表面，該方法具有操作簡便、易于規(guī)?；葍?yōu)點。所得復合材料具有納米/微米多層級結構、比表面積大、催化性能高等特點，為其在光催化、抗菌、相分離材料等領域的應用奠定了基礎。
【專利說明】一種玻璃纖維負載二氧化鈦復合材料的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)境材料領域，具體涉及一種具有光催化活性、可再生使用的玻璃纖維負載二氧化鈦復合材料的制備方法。
【背景技術】
[0002]半導體光催化氧化作為一種能夠在常溫常壓下使有機物經(jīng)光催化分解為二氧化碳和水、且不會造成二次污染的新型技術而引起國內(nèi)外科研人員的重視。研究發(fā)現(xiàn)，利用半導體光催化法能夠有效降解水和空氣中的各種有機污染物，例如鹵化烴、硝基芳烴、酚類、有機顏料、殺蟲劑、表面活性劑等；也可以將氰化物、亞硝酸鹽、硫氰酸鹽等轉(zhuǎn)化成無毒或低毒化合物；還可以應用于抗菌、除臭、空氣凈化、自清潔材料等領域。目前已經(jīng)研究的半導體光催化劑主要包括金屬氧化物以及硫化物等。在眾多的光催化材料中，二氧化鈦具有化學穩(wěn)定性好、耐腐蝕、高活性、廉價、無毒等優(yōu)點，因此被廣泛地用于光催化氧化方向。
[0003]二氧化鈦光催化劑在實際應用過程中，特別是在水污染治理中，大多采用納米顆粒的懸浮體系。商品二氧化鈦顆粒細小且比重較低，不易沉淀，在流體中不僅分離困難、難以回收利用，而且易發(fā)生凝聚降低活性。傳統(tǒng)的分離方法如沉淀、離心、絮凝很難將其徹底分離，一旦流入到環(huán)境水體中，由于其良好的化學穩(wěn)定性而很難被微生物分解，會造成一定的環(huán)境問題，極大地限制了其實際應用。將二氧化鈦固定在某種載體上，可以克服懸浮相二氧化鈦光催化劑的缺點，解決催化劑分離回收難的問題，而且可以根據(jù)光催化反應器結構的差異來選擇不同載體和固定化工藝。因此，尋找合適的載體及高效的負載方法固定催化齊?、提高催化劑光催化效率是實現(xiàn)二氧化鈦光催化劑產(chǎn)業(yè)化的關鍵，亦是近年來光催化技術研究領域的熱點。
[0004]玻璃纖維材料具有絕緣性好、耐熱性強、彈性模量大、塑性形變小、機械強度高、價廉易得等優(yōu)點，被廣泛應用于制備纖維增強復合材料，并成為現(xiàn)代工程領域中最重要的材料之一。獨特的纖維狀結構以及易加工`性能(如單根纖維、短纖、成束、無紡布、氈等形式)使得玻璃纖維材料成為理想的負載納米二氧化鈦的載體。專利CN102258989A公開了將聚醋酸乙烯乳液和銳鈦礦型納米二氧化鈦混合，采用浸潰干燥法制備二氧化鈦/玻璃纖維復合材料的方法。在上述體系中，聚醋酸乙烯作為一種粘合劑，可將納米二氧化鈦固定在玻璃纖維表面。此法雖具有簡單、易行的優(yōu)點，但是纖維表面的二氧化鈦以涂膜形式存在，處于嚴重的聚集狀態(tài)，且聚醋酸乙烯會包覆在納米二氧化鈦顆粒表面，大大降低了二氧化鈦材料的光催化效果。采用溶膠-凝膠法可以實現(xiàn)單分散納米二氧化鈦在玻璃纖維的有效負載，如專利CN102423701A、CN102626614A等報道了將表面處理的玻璃纖維浸潰在二氧化鈦溶膠中，通過提拉-干燥法得到二氧化鈦負載的玻璃纖維。此方法一般以鈦酸鹽或鈦酸酯為前驅(qū)物制備納米二氧化鈦，所得顆粒以球狀形式存在，然后經(jīng)過多次浸潰-提拉-煅燒得到負載有光催化劑的玻璃纖維，該制備方法較為復雜，不利于實際應用。

【發(fā)明內(nèi)容】
:[0005]本發(fā)明目的在于，提供了一種玻璃纖維負載二氧化鈦的制備方法，該方法以有機或無機鈦化合物為鈦源，在酸性條件下通過直接水解法得到玻璃纖維負載二氧化鈦納米顆粒的復合材料，并通過調(diào)節(jié)反應體系的酸濃度、反應時間等參數(shù)，實現(xiàn)玻璃纖維表面二氧化鈦納米顆粒的形貌可控。本發(fā)明提供的方法具有操作簡便、易于規(guī)?；葍?yōu)點，所得復合材料具有納米/微米多層級結構、比表面積大、催化性能高等特點，為其在光催化、抗菌、相分離材料等領域的應用奠定了基礎。
[0006]本發(fā)明所述的一種玻璃纖維負載二氧化鈦復合材料的制備方法，其特征在于按下列步驟進行:
[0007]a.將0.01-3M銨鹽為氯化銨、硝酸銨或硫酸銨加入到0.01-1M無機酸為硝酸、鹽酸、硫酸、草酸溶液中攪拌均勻，得到混合液，在冰浴條件下將0.2-0.5M鈦源加入到混合液中，最終得到透明均一溶液；
[0008]b.將步驟a所得溶液中加入0.1-1Og玻璃纖維，升溫至70_150°C，反應1_6小時后，用堿性試劑為氫氧化鈉、氨水或尿素調(diào)pH值至7，陳化12小時后,清洗,干燥；
[0009]c.將步驟b中得到復合材料在空氣中以溫度1_5°C /分鐘升溫至200-600°C，保溫2小時，進行熱處理，得到玻璃纖維負載納米級二氧化鈦復合材料；
[0010]或?qū)秃喜牧现糜诤?M NaCl的氨水溶液中I小時后，轉(zhuǎn)移到高壓反應釜中，力口熱至180°C,保溫4小時,然后用去離子水和無水乙醇交替洗滌3次,在溫度60°C干燥3小時，得到玻璃纖維負載納米級二氧化鈦復合材料。
[0011]步驟a中鈦源為氟鈦酸鉀、氟鈦酸銨、三氯化鈦或四氯化鈦。
[0012]步驟b中玻璃纖維為A-玻璃纖維、E-玻璃纖維、C-玻璃纖維或AR-玻璃纖維。
[0013]所選的A-玻璃纖維、E-玻璃纖維、C-玻璃纖維或AR-玻璃纖維為單根纖維、短纖、成束或無紡布形態(tài)。
[0014]本發(fā)明所述的一種玻璃纖維負載二氧化鈦的制備方法，該方法將原位制備二氧化鈦納米顆粒和玻璃纖維原位功能化相結合，所得材料由具有優(yōu)異光催化活性的二氧化鈦納米粒子和具有優(yōu)異吸附性能的玻璃纖維組成納米/微米多層級結構，可實現(xiàn)有機污染物吸附到催化劑周圍，增大局部濃度，從而提高光催化效率。值得注意的是，光催化反應過程中所產(chǎn)生的中間副產(chǎn)物也會造成二次污染，具有吸附性能的玻璃纖維復合材料除了吸附目標污染物外，還可以捕獲生成的中間產(chǎn)物，提高水體中有機污染物的礦化程度。本發(fā)明所提供的方法具有操作簡便、成本低和易于調(diào)控光催化材料結構以及形貌的特點，可望實現(xiàn)玻璃纖維負載二氧化鈦復合材料的大規(guī)模制備。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明的所使用的E-玻璃纖維的掃描電鏡圖；
[0016]圖2為本發(fā)明實施例2所合成的具有規(guī)則螺紋狀玻璃纖維負載有二氧化鈦納米顆粒的掃描電鏡圖；
[0017]圖3為本發(fā)明實施例2所合成的具有規(guī)則螺紋狀玻璃纖維負載有二氧化鈦納米顆粒的X-射線能量散射譜，其中
【權利要求】
1.一種玻璃纖維負載二氧化鈦復合材料的制備方法，其特征在于按下列步驟進行: a.將0.01-3 M銨鹽為氯化銨、硝酸銨或硫酸銨加入到0.01-1 M無機酸為硝酸、鹽酸、硫酸、草酸溶液中攪拌均勻，得到混合液，在冰浴條件下將0.2-0.5 M鈦源加入到混合液中，最終得到透明均一溶液； b.將步驟a所得溶液中加入0.1-10 g玻璃纖維，升溫至70-150 °C，反應1_6小時后，用堿性試劑為氫氧化鈉、氨水或尿素調(diào)pH值至7，陳化12小時后,清洗,干燥； c.將步驟b中得到復合材料在空氣中以溫度1-5°C/分鐘升溫至200-600 °C，保溫2小時，進行熱處理，得到玻璃纖維負載納米級二氧化鈦的復合材料； 或?qū)秃喜牧现糜诤? M NaCl的氨水溶液中I小時后，轉(zhuǎn)移到高壓反應釜中，加熱至180 0C,保溫4小時,然后用去離子水和無水乙醇交替洗漆3次,在溫度60 °C干燥3小時，得到玻璃纖維負載納米級二氧化鈦的復合材料。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于步驟a中鈦源為氟鈦酸鉀、氟鈦酸銨、三氯化鈦或四氯化鈦。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于步驟b中玻璃纖維為A-玻璃纖維、E-玻璃纖維、C-玻璃纖維或AR-玻璃纖維。
4.根據(jù)權利要求3所述的方法，其特征在于所選的A-玻璃纖維、E-玻璃纖維、C-玻璃纖維或AR-玻璃纖維為單根纖維、短纖、成束或無紡布形態(tài)。
【文檔編號】B01J21/06GK103433013SQ201310407330
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年9月9日 優(yōu)先權日:2013年9月9日
【發(fā)明者】馬鵬程, 陳琳, 楊蘇東 申請人:中國科學院新疆理化技術研究所