本發(fā)明涉及活性炭領域，具體涉及一種光催化活性炭纖維及其制備方法。
背景技術(shù)：
活性碳纖維（ACF）是繼廣泛使用的顆?；钚蕴?、粉末活性炭之后的第三代吸附材料，它是由纖維為原料制成，具有比表面積大、孔徑適中、分布均勻、吸附速度快、雜質(zhì)少等優(yōu)點；活性碳纖維的纖維直徑為5~20μm，比表面積平均在1000~3000m2/g左右，平均孔徑在1.0~4.0nm，微孔均勻分布于纖維表面。與活性炭相比，活性碳纖維微孔孔徑小而均勻，結(jié)構(gòu)簡單，對于吸附小分子物質(zhì)吸附速率快，吸附速度高，容易解吸附。與被吸附物的接觸面積大，且可以均勻接觸與吸附，使吸附材料得以充分利用。吸附效率高，且具有纖維、氈、布和紙等各種纖細的表態(tài)，孔隙直接開口在纖維表面，其吸附質(zhì)到達吸附位的擴散路徑短，且本身的外表面積較內(nèi)表面積高出兩個數(shù)量級。
活性炭纖維氈雖然具有以上的優(yōu)點，但在水質(zhì)凈化、空氣凈化、廢氣（水）治理等應用吸附飽和后無法繼續(xù)工作。一般的處理方法為再生或者更換原材料。這樣會造成使用上的不便以及使用成本的大幅上升。
中國專利公開號CN105597805A公開了鐵、氮摻雜二氧化鈦負載碳纖維復合光催化劑及其制備方法，該發(fā)明利用溶膠凝膠及浸漬方法制備鐵、氮共摻雜TiO2負載碳纖維復合催化劑（簡稱(Fe，N)/TiO2@CF），通過在催化劑中引入鐵和氮原子，從而在TiO2的導帶和價帶之間引入雜質(zhì)能級，降低了催化劑的帶隙能，提高了催化劑的可見光催化性能；利用負載碳纖維（簡稱CF）不僅可以使材料易于回收，增加了催化劑的重復使用性能，而且增加了光生電子的有效遷移，降低了電子空穴的復合幾率，從而提高了催化材料的光量子效率。
中國專利公開號CN103100378A公開了一種活性碳纖維負載二氧化鈦光催化劑的制備方法，采用氧化改性和均勻沉淀相結(jié)合的技術(shù)制備二氧化鈦/活性炭纖維光催化劑，主要步驟為：將活性炭纖維，在雙氧水中浸泡1小時后取出，用去離子水沖洗后，在烘箱中干燥4小時后取出待用；以一定摩爾比配制鈦鹽和尿素的混合溶液，均勻攪拌3小時后待用；將處理后的活性炭纖維置于鈦鹽和尿素的混合溶液中，在80℃條件下攪拌5小時，待反應完全后取出活性炭纖維在100℃烘箱中烘干；將烘干的活性炭纖維于氮氣保護下在500℃下焙燒2小時，即得到二氧化鈦/活性炭纖維光催化劑。
現(xiàn)有技術(shù)中，都采用化學法合成二氧化鈦，然后接枝在活性碳纖維表面上，使得制得的二氧化鈦粒徑分布不均，接枝不牢，從而降低了制得的光催化活性碳纖維的光催化活性和使用壽命。因此，本發(fā)明提供一種光催化活性高、使用壽命長的光催化活性炭纖維及其制備方法，來彌補現(xiàn)有技術(shù)的不足。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于解決以上技術(shù)問題，提供一種光催化活性炭纖維及其制備方法，通過將具有可見光高催化活性的納米二氧化鈦接枝在活性碳纖維上，使活性碳纖維在具有吸附能力的同時，還兼具可見光催化功能。
為解決上述問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
一種光催化活性炭纖維，包括以下原料以重量份計：
活性碳纖維 80-120重量份；
納米二氧化鈦 0.1-10重量份；
偶聯(lián)劑 5-20重量份。
進一步地，所述納米二氧化鈦為純銳鈦型納米二氧化鈦，粒徑為5-10nm，具有自分散且單一分散能力，用該納米二氧化鈦所制溶液不分層不沉淀。
進一步地，所述偶聯(lián)劑由15-20重量份的硅烷偶聯(lián)劑、8-10重量份的附著力促進劑、70-77重量份的溶劑組成；
更進一步地，所述附著力促進劑為改性有機硅化合物，所述溶劑為醇類或脂類溶劑，如甲醇、乙醇、甘油、異丙醇、乙二醇、乙酸乙酯、丁酸丁酯。
上述光催化活性炭纖維的制備方法，包括以下步驟：
（1）將活性炭纖維在微波真空干燥機中干燥至含水量小于0.3%；
（2）用偶聯(lián)劑霧化噴涂處理活性碳纖維；
（3）將步驟（2）處理得到的活性碳纖維在微波真空干燥機中干燥至5min內(nèi)熱失重損失小于0.5%；
（4）將納米二氧化鈦配制成懸浮液，將步驟（3）得到的活性碳纖維置于懸浮液中，浸泡0.5-5h，然后過濾；
（5）將步驟（4）處理得到的活性碳纖維在微波真空干燥機中干燥至含水量小于0.5%，得到光催化活性炭纖維。
進一步地，所述步驟（1）中干燥的溫度為60-100℃，步驟（3）中干燥的溫度為80-200℃，步驟（5）中干燥的溫度為80-200℃。
進一步地，所述步驟（4）懸浮液中納米二氧化鈦的質(zhì)量濃度為0.1-10%。
進一步地，所述步驟（5）中微波真空干燥機的真空度為-0.06~-0.08MPa。
本發(fā)明一種光催化活性炭纖維及其制備方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，其突出的特點和優(yōu)異的效果在于：
1.本發(fā)明通過將具有可見光高催化活性的納米二氧化鈦接枝在活性碳纖維上，使活性碳纖維在具有吸附能力的同時，還兼具可見光催化功能。
2.本發(fā)明在活性碳纖維上接枝粒徑為5-10nm的純銳鈦型納米二氧化鈦，接枝牢靠，不易脫落，使用壽命長，能長期有效分解有機物。
3.本發(fā)明的制備方法簡單，制備成本低，制得的光催化活性碳纖維性能優(yōu)異，對促進分解有機物的應用發(fā)展具有重要意義。
具體實施方式
以下通過具體實施方式對本發(fā)明作進一步的詳細說明，但不應將此理解為本發(fā)明的范圍僅限于以下的實例。在不脫離本發(fā)明上述方法思想的情況下，根據(jù)本領域普通技術(shù)知識和慣用手段做出的各種替換或變更，均應包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
實施例1
一種光催化活性炭纖維，原料包括活性碳纖維80g，粒徑為5-10nm的純銳鈦型納米二氧化鈦10g，偶聯(lián)劑5g，其制備方法如下：
（1）將活性炭纖維在微波真空干燥機中，在60℃下干燥至含水量小于0.3%；
（2）用偶聯(lián)劑霧化噴涂處理活性碳纖維，所述偶聯(lián)劑由15重量份的硅烷偶聯(lián)劑、8重量份的改性有機硅化合物、70重量份的甲醇組成；
（3）將步驟（2）處理得到的活性碳纖維在微波真空干燥機中，在80℃下干燥至5min內(nèi)熱失重損失小于0.5%；
（4）將純銳鈦型納米二氧化鈦配制成懸浮液，將步驟（3）得到的活性碳纖維置于懸浮液中，浸泡0.5-5h，然后過濾；所述懸浮液中純銳鈦型納米二氧化鈦的質(zhì)量濃度為10%；
（5）將步驟（4）處理得到的活性碳纖維在微波真空干燥機中，在80℃下干燥至含水量小于0.5%，得到光催化活性炭纖維。
實施例2
一種光催化活性炭纖維，原料包括活性碳纖維120g，粒徑為5-10nm的純銳鈦型納米二氧化鈦10g，偶聯(lián)劑20g，其制備方法如下：
（1）將活性炭纖維在微波真空干燥機中，在100℃下干燥至含水量小于0.3%；
（2）用偶聯(lián)劑霧化噴涂處理活性碳纖維，所述偶聯(lián)劑由20重量份的硅烷偶聯(lián)劑、10重量份的改性有機硅化合物、77重量份的乙酸乙酯組成；
（3）將步驟（2）處理得到的活性碳纖維在微波真空干燥機中，在200℃下干燥至5min內(nèi)熱失重損失小于0.5%；
（4）將純銳鈦型納米二氧化鈦配制成懸浮液，將步驟（3）得到的活性碳纖維置于懸浮液中，浸泡0.5-5h，然后過濾；所述懸浮液中純銳鈦型納米二氧化鈦的質(zhì)量濃度為0.1%；
（5）將步驟（4）處理得到的活性碳纖維在真空度為-0.07MPa的微波真空干燥機中，在200℃下干燥至含水量小于0.5%，得到光催化活性炭纖維。
實施例3
一種光催化活性炭纖維，原料包括活性碳纖維100g，粒徑為5-10nm的純銳鈦型納米二氧化鈦4.6g，偶聯(lián)劑15g，其制備方法如下：
（1）將活性炭纖維在微波真空干燥機中，在80℃下干燥至含水量小于0.3%；
（2）用偶聯(lián)劑霧化噴涂處理活性碳纖維，所述偶聯(lián)劑由18重量份的硅烷偶聯(lián)劑、9重量份的改性有機硅化合物、73重量份的乙醇組成；
（3）將步驟（2）處理得到的活性碳纖維在微波真空干燥機中，在140℃下干燥至5min內(nèi)熱失重損失小于0.5%；
（4）將純銳鈦型納米二氧化鈦配制成懸浮液，將步驟（3）得到的活性碳纖維置于懸浮液中，浸泡0.5-5h，然后過濾；所述懸浮液中純銳鈦型納米二氧化鈦的質(zhì)量濃度為3.6%，溶劑為水；
（5）將步驟（4）處理得到的活性碳纖維在真空度為-0.06MPa的微波真空干燥機中，在160℃下干燥至含水量小于0.5%，得到光催化活性炭纖維。
實施例4
一種光催化活性炭纖維，原料包括活性碳纖維95g，粒徑為5-10nm的純銳鈦型納米二氧化鈦5.6g，偶聯(lián)劑8g，其制備方法如下：
（1）將活性炭纖維在微波真空干燥機中，在80℃下干燥至含水量小于0.3%；
（2）用偶聯(lián)劑霧化噴涂處理活性碳纖維，所述偶聯(lián)劑由18重量份的硅烷偶聯(lián)劑、9重量份的改性有機硅化合物、72重量份的異丙醇組成；
（3）將步驟（2）處理得到的活性碳纖維在微波真空干燥機中，在150℃下干燥至5min內(nèi)熱失重損失小于0.5%；
（4）將純銳鈦型納米二氧化鈦配制成懸浮液，將步驟（3）得到的活性碳纖維置于懸浮液中，浸泡0.5-5h，然后過濾；所述懸浮液中純銳鈦型納米二氧化鈦的質(zhì)量濃度為7.2%，溶劑為水；
（5）將步驟（4）處理得到的活性碳纖維在真空度為-0.08MPa的微波真空干燥機中，在150℃下干燥至含水量小于0.5%，得到光催化活性炭纖維。
300mL水溶液中滴入5ml飽和的甲基橙溶液，作為污染水A，取5g實施例3得到的活性碳纖維，加入污染水A中，在自然光條件下做吸附分解實驗，6h完成脫色；脫色完成后持續(xù)不斷換入新的300mL污染水A，在換液600次后，活性碳纖維仍舊能在自然光條件下，在8h內(nèi)完成甲基橙水溶液脫色。
取1000g實施例3得到的活性碳纖維在自然光的條件下，以500m3/h通入10mg/m3的甲醛廢氣10小時，經(jīng)檢測，出口廢氣中甲醛濃度為0.04mg/m3，歷經(jīng)30天都具有以上效果；
取1000g實施例3得到的活性碳纖維在自然光的條件下，以500m3/h通入10mg/m3的二甲苯廢氣10小時，經(jīng)檢測，出口廢氣中二甲苯濃度為0.1mg/m3，歷經(jīng)30天都具有以上效果。
綜上，本發(fā)明的活性碳纖維使用壽命長，光催化活性高，能長期有效分解有機物。