一種二氧化鈦/木質(zhì)纖維素基活性炭復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種二氧化鈦/木質(zhì)纖維素基活性炭復(fù)合材料及其制備方法，屬于活性炭復(fù)合材料制備技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)印染廢水處理方法處理不太理想，主要是因?yàn)閺U水中染料分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，成分復(fù)雜，脫色率、COD去除率不高，容易產(chǎn)生二次污染。利用半導(dǎo)體材料的光催化性能在室溫條件下就可將許多化學(xué)法和生物法無(wú)法去除的有機(jī)物完全分解為二氧化碳和水，且不造成二次污染，它可用太陽(yáng)光和熒光燈中含有的紫外光作激發(fā)源。當(dāng)前，用于降解環(huán)境污染物的催化劑中，二氧化鈦憑借其光催化活性高、難溶、無(wú)毒和成本低等特點(diǎn)成為最具有應(yīng)用前景的光催化劑之一，且具有凈化空氣，殺死細(xì)菌，降解難降解有機(jī)物等作用。但傳統(tǒng)的納米1102懸浮相光催化劑易失活、易凝聚、難回收的缺點(diǎn)，因此尋找一種具有較大比表面積，又與T12牢固結(jié)合的高效負(fù)載材料是實(shí)用化技術(shù)的關(guān)鍵。活性炭材料作為一種理想的吸附材料，是在炭纖維技術(shù)和活性炭技術(shù)相結(jié)合的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的?；钚蕴烤哂休^大的孔容量和比表面積，且以微孔為主，因此，有利于吸附質(zhì)擴(kuò)散進(jìn)入孔內(nèi)及活性表面，活性炭顯示出更高的吸附容量和更快的吸附脫附速度。利用該活性炭將有效地吸附和去除污水中的染料、楽.料、助劑、油劑、酸堿、纖維雜質(zhì)、無(wú)機(jī)鹽等。
[0003]針對(duì)印染污水深度處理過(guò)程中有機(jī)污染物分子難以高效去除而造成回水利用率低等問(wèn)題，迫切需要提出或建立新型高效選擇性消除污染物的原理和方法。以納米材料和納米組裝技術(shù)為基礎(chǔ)的反應(yīng)平臺(tái)，使其能夠提供一類特殊微環(huán)境的界面，通過(guò)與有機(jī)污染物分子的界面相互作用，在光作用下觸發(fā)該納米材料特殊的催化或轉(zhuǎn)化效應(yīng)，安全、高效選擇性地清除這類有機(jī)污染物。從根本上解決長(zhǎng)期以來(lái)傳統(tǒng)處理方法對(duì)一般有機(jī)/無(wú)機(jī)物大量共存條件下無(wú)法選擇性去除低濃度、高毒性、難降解有機(jī)污染物的難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，目的是提供了一種二氧化鈦/木質(zhì)纖維素基活性炭復(fù)合材料及其制備方法，以該方法制得復(fù)合材料具有較強(qiáng)的吸附性能和較好的光催化降解性能。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0006]一種二氧化鈦/木質(zhì)纖維素基活性炭復(fù)合材料的制備方法，其特征是:該方法首先將鈦酸四丁酯制成淡黃色打02透明溶膠，再將其添加到配制好的木質(zhì)纖維素溶液中，使其充分反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束且沉淀后再過(guò)濾出上層液體，然后置于空氣中放置12?36h，再分別用蒸餾水、無(wú)水乙醇交替洗滌過(guò)濾，直至濾液呈中性；將所得制品置于真空烘箱中在50?80°C條件下干燥4?8h，制得二氧化鈦/木質(zhì)纖維素復(fù)合材料；再將二氧化鈦/木質(zhì)纖維素復(fù)合材料經(jīng)預(yù)氧化、炭化和活化過(guò)程，制備成具有高效吸附和催化性能的二氧化鈦/木質(zhì)纖維素基活性炭復(fù)合材料；該方法包括以下步驟:
[0007]I) 二氧化鈦溶膠制備:將15?30份鈦酸四丁酯和5?15份冰醋酸溶于50?80份無(wú)水乙醇中，磁力攪拌0.5?2h使之混合均勾，緩慢滴入80?95份無(wú)水乙醇和5?20份蒸餾水的混合溶液中，控制滴定管滴速，密封攪拌得到淡黃色1102透明溶膠，靜置陳化2 ?4h ;
[0008]2)木質(zhì)纖維素溶液制備:在室溫下將木質(zhì)纖維素溶解于相應(yīng)的溶劑中，配制成體積質(zhì)量分?jǐn)?shù)(g/L)為2?20%的溶液，磁力攪拌至溶液透明；
[0009]3) 二氧化鈦/木質(zhì)纖維素復(fù)合材料制備:將步驟I)獲得的二氧化鈦溶膠與步驟2)獲得的木質(zhì)纖維素溶液按照溶質(zhì)的質(zhì)量比0.01: I?0.5: I進(jìn)行混合，攪拌至完全混合均勻，反應(yīng)結(jié)束后沉淀，再濾去上層液體，然后置于空氣中放置12?36h，分別用蒸餾水、無(wú)水乙醇交替洗滌、抽濾，至濾液呈中性，最后置于真空烘箱中在50?80°C條件下干燥4?8h，制得二氧化鈦/木質(zhì)纖維素復(fù)合材料；
[0010]4)活性炭復(fù)合材料制備:將步驟3)制得的二氧化鈦/木質(zhì)纖維素復(fù)合材料經(jīng)預(yù)氧化、炭化和活化過(guò)程，制備成二氧化鈦/木質(zhì)纖維素基活性炭復(fù)合材料。
[0011]所述木質(zhì)纖維素材料是利用植物類原材料加工后制得的粉末狀成品，植物類原材料包括各類多年生和草本類植物的桿、枝、葉、皮及果實(shí)殼。
[0012]所述步驟2)木質(zhì)纖維素所用的溶劑是二甲基亞砜、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、N-甲基嗎啉-N-氧化物、四乙基氯化銨溶液、硫氰酸銨溶液、三乙醇胺、氨水溶液、堿性水溶液中一種或幾種混合溶劑體系。
[0013]所述堿性水溶液是堿金屬氫氧化物水溶液，具體為氫氧化鈉、氫氧化鉀。
[0014]所述的預(yù)氧化溫度控制在50?350 °C ;活化在5?20wt %的呀04溶液和5?20界七％的KOH溶液中進(jìn)行；炭化在管式馬弗爐中，惰性氣體氛圍中進(jìn)行，溫度控制400?600 °C鍛燒。
[0015]所述惰性氣體是N2。
[0016]本發(fā)明還包括利用上述的方法制備的二氧化鈦/木質(zhì)纖維素基活性炭復(fù)合材料。
[0017]本發(fā)明制備方法過(guò)程簡(jiǎn)單，所獲得二氧化鈦/木質(zhì)纖維素基活性炭復(fù)合材料具有較強(qiáng)的吸附性能和較好的光催化降解性能。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面將結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
[0019]本發(fā)明提供了一種二氧化鈦/木質(zhì)纖維素基活性炭復(fù)合材料及其制備方法，該方法首先將鈦酸四丁酯制成淡黃色1102透明溶膠，再將其添加到配制好的木質(zhì)纖維素溶液中，使其充分反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束且沉淀后再過(guò)濾出上層液體，然后置于空氣中放置12?36h，再分別用蒸餾水、無(wú)水乙醇交替洗滌過(guò)濾，直至濾液呈中性；將所得制品置于真空烘箱中在50?80°C條件下干燥4?8h，制得二氧化鈦/木質(zhì)纖維素復(fù)合材料；再將二氧化鈦/木質(zhì)纖維素復(fù)合材料經(jīng)預(yù)氧化、炭化和活化過(guò)程，制備成具有高效吸附和催化性能的二氧化鈦/木質(zhì)纖維素基活性炭復(fù)合材料；本發(fā)明制備方法過(guò)程簡(jiǎn)單，所獲得二氧化鈦/木質(zhì)纖維素活性炭復(fù)合材料具有較強(qiáng)的吸附性能和較好的光催化降解性能。
[0020]實(shí)施例1:
[0021]一種二氧化鈦/木質(zhì)纖維素活性炭復(fù)合材料及其制備方法，它包括如下步驟:
[0022]I) 二氧化鈦溶膠制備:將15份鈦酸四丁酯和5份冰醋酸溶于50份無(wú)水乙醇中，磁力攪拌0.5h使之混合均勻，緩慢滴入80份無(wú)水乙醇和5份蒸餾水的混合溶液中，控制滴定管滴速，密封攪拌得到淡黃色1102透明溶膠，靜置陳化2h ;
[0023]2)木質(zhì)纖維素溶液制備:在室溫下將木質(zhì)纖維素溶解于二甲基亞砜中，配制成體積質(zhì)量分?jǐn)?shù)(g/L)為2%的溶液，磁力攪拌至溶液透明；所述木質(zhì)纖維素材料是利用植物類原材料加工后制得的粉末狀成品，植物類原材料包括各類多年生和草本類植物的桿、枝、葉、皮及果實(shí)殼；
[0024]3) 二氧化鈦/木質(zhì)纖維素復(fù)合材料制備:將步驟I)制得的二氧化鈦溶膠與步驟2)制得的木質(zhì)纖維素溶液按照溶質(zhì)的質(zhì)量比0.01: I進(jìn)行混合，攪拌至完全混合均勻，反應(yīng)結(jié)束后沉淀，再濾去上層液體，然后置于空氣中放置24h，分別用蒸餾水、無(wú)水乙醇交替洗滌、抽濾，至濾液呈中性，最后置于真空烘箱中在50°C條件下干燥4h，制得復(fù)合材料；
[0025]4)活性炭復(fù)合材料制備:將步驟3)制得木質(zhì)纖維素基復(fù)合材料經(jīng)預(yù)氧化、炭化和活化過(guò)程，預(yù)氧化溫度為150°C，在5wt %的H3PO4溶液和5wt %的KOH溶液中進(jìn)行活化；在管式馬弗爐中，惰性氣體隊(duì)氛圍中進(jìn)行炭化，溫度控制450°C鍛燒，最后制備成二氧化鈦/木質(zhì)纖維素基活性炭復(fù)合材料。
[0026]實(shí)施例2:
[0027]一種二氧化鈦/木質(zhì)纖維素活性炭復(fù)合材料及其制備方法，它包括如下步驟:
[0028]I) 二氧化鈦溶膠制備:將20份鈦酸四丁酯和10份冰醋酸溶于60份無(wú)水乙醇中，磁力攪拌Ih使之混合均勻，緩慢滴入85份無(wú)水乙醇和10份蒸餾水的混合溶液中，控制滴定管滴速，密封攪拌得到淡黃色1102透明溶膠，靜置陳化3h ;
[0029]2)木質(zhì)纖維素溶液制備:在室溫下將木質(zhì)纖維素溶解于二甲基甲酰胺中，配制成體積質(zhì)量分?jǐn)?shù)(g/L)為8%的溶液，磁力攪拌至溶液透明；所述木質(zhì)纖維素材料是利用植物類原材料加工后制得的粉末狀成品，植物類原材料包括各類