一種新型的二氧化鈦-纖維素復合材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種新型的二氧化鈦-纖維素復合材料的制備方法。本發(fā)明利用低溫配制四氯化鈦和水的混合溶液，然后加入纖維素為模板進行升溫處理，得到二氧化鈦納米晶負載于纖維素上的復合材料。該方法制備條件簡單，操作方便，易于大批量生產。制備得到的二氧化鈦-纖維素復合材料在可見光下具有很強的催化能力，能快速將羅丹明B、亞甲基藍等有機物催化降解。
【專利說明】一種新型的二氧化鈦-纖維素復合材料的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及納米復合材料的制備【技術領域】，具體涉及一種二氧化鈦-纖維素可見光光催化劑的制備方法。
【背景技術】
[0002]隨著現代工業(yè)進步和社會的發(fā)展，水污染問題日趨嚴重，已成為世界性重大環(huán)境治理難題，特別是一些難降解有機物，對人身體具有極大的危害，為了保護環(huán)境和實現可持續(xù)發(fā)展，利用TiO2等半導體光催化劑來降解有機物分子對于治理環(huán)境是一種高效和綠色的道路，具有很大的發(fā)展前景和應用價值。
[0003]TiO2禁帶寬度大(約為3.2eV)，需要紫外光線才能激發(fā)其產生電子-空穴，而太陽光中的紫外光含量極少，因而大大限制了其應用效率。此外TiO2還具有量子效率低和回收利用困難等問題，利用TiO2作為光催化劑來催化降解有機污染物，這些問題亟待解決。纖維素來源廣泛，價格便宜，無任何污染，而且纖維素上存在的羥基能夠使TiO2易于負載至其上面，使催化劑回收利用非常方便。另外，纖維素本身具有良好吸附性，能夠吸附溶液中的一些有機污染物，對于催化速度和能力有很大增強，因此引起了人們的極大關注。目前纖維素為模板制備TiO2的方法，都需要高溫處理提高二氧化鈦結晶度，但燒結處理導致纖維素降解，二氧化鈦納米顆粒聚集，導致其比表面積下降，且消耗大量能量。雖然國內專利CN103121712A已經申請了在纖維素纖維為模板制備超長纖維狀二氧化鈦，但是其制備工藝較為復雜，且沒有可見光光催化功能；專利CN 101745430也申請了纖維素為模板制備具有光催化活性的纖維素復合材料，但是其過程繁瑣，且要在高溫下燒結，增大了能源消耗，實際催化利用的只是二氧化鈦。本發(fā)明將在較低溫度下合成制備二氧化鈦納米晶負載于纖維素上的復合材料，該材料結晶度高，比表面積大，兼具二氧化鈦納米晶和纖維素的優(yōu)點，具有很好的可見 光光催化能力，在太陽光下能夠迅速降解有機污染物。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明目的在于提供一種簡單的二氧化鈦-纖維素復合材料制備方法，該方法制備條件簡單，操作方便，易于大批量生產。得到的復合材料在可見光下具有很強催化性能。
[0005]本發(fā)明的目的可通過如下的技術方案予以實現:
采用天然高分子基質為模板通過液相合成原位生長納米粒子制備高分子基納米復合材料，天然高分子模板表面具有很多功能基團，易于吸附納米顆粒并能很好地分散于水溶液中。
[0006]本發(fā)明中提出的二氧化鈦-纖維素復合材料制備方法具體制備步驟如下:(I)將四氯化鈦加入到液氮中，然后向其加入水，其中，水和四氯化鈦(TiCl4)的質量比范圍為10-100:1，并攪拌均勻，制得前驅體溶液；
(2)在攪拌條件下將纖維素加入到步驟(1)所制備的前驅體溶液中混合，混合后纖維素和四氯化鈦的質量比范圍為廣80:1，然后在2(T90°C條件下攪拌加熱4~72h，制得加熱反應溶液；
(3)將步驟(2)制備的加熱反應溶液離心清洗，之后置于4(T80°C烘箱中烘干，得到二氧化鈦-纖維素復合材料。
[0007]優(yōu)選地，步驟(I)中加入的水為去離子水、蒸餾水等純凈水。
[0008]優(yōu)選地，步驟(I)中所述攪拌為超聲攪拌。
[0009]優(yōu)選地，步驟(2)中所述在2(T90°C條件下攪拌加熱4?72h，是將所述混合后的混合液轉移至三口燒瓶中后進行的。
[0010]本發(fā)明的突出特點是:復合材料制備方便，操作簡單；得到的復合材料在可見光下具有很強的催化性能；復合材料回收利用方便，且不會對環(huán)境產生污染。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明實施例1樣品的掃描電鏡圖。
[0012]圖2為本發(fā)明實施例2樣品的光催化降解圖。
【具體實施方式】
[0013]實施例1
本實施例中二氧化鈦-纖維素復合材料制備方法包括以下步驟:
(I)將Iml四氯化鈦滴入液氮中，然后往里面緩慢滴加去離子水，其中去離子水和四氯化鈦質量比為50:1，然后超聲攪拌均勻，制得前驅體溶液。
[0014](2)稱取0.2g纖維素，在攪拌條件下將其加入到步驟(I)中所制備的前驅體溶液中混合，其中，纖維素和四氯化鈦質量比控制在10:1，然后將混合后所得的混合液轉移至三口燒瓶中，在30°c條件下攪拌加熱72h，制得加熱反應溶液。
[0015](3)將步驟(2)得到的加熱反應溶液離心清洗，之后置于40°C烘箱中烘干，得到二氧化鈦-纖維素復合材料。得到的產品掃描電鏡圖見圖1。
[0016]取0.15g所制備的催化劑，將其與IOOml的5mg/L羅丹明B溶液混合，在黑暗中攪拌Ih之后，用可見光(λ >420 nm)的光照射，60分鐘后光催化降解率達到100%。
[0017]實施例2
本實施例中二氧化鈦-纖維素復合材料制備方法包括以下步驟:
(I)將Iml四氯化鈦滴入液氮中，然后往里面緩慢滴加去離子水，其中去離子水和四氯化鈦質量比為60:1，然后超聲攪拌均勻，制得前驅體溶液。
[0018](2)稱取0.2g纖維素，在攪拌條件下將其加入到步驟(I)中所制備的前驅體溶液中混合，其中纖維素和四氯化鈦質量比控制在40:1，然后將混合后所得的混合液轉移至三口燒瓶中，在70°C條件下攪拌加熱24h，制得加熱反應溶液。
[0019](3)將步驟(2)得到的加熱反應溶液離心清洗，之后置于80°C烘箱中烘干，得到二氧化鈦-纖維素復合材料。
[0020]取0.15g所制備的催化劑，將其與IOOml的5mg/L羅丹明B溶液混合，在黑暗中攪拌Ih之后，用可見光(λ >420 nm)的光照射，得到的產品光催化降解圖見圖2。
[0021]實施例3
本實施例中二氧化鈦-纖維素復合材料制備方法包括以下步驟: (I)將1.5ml四氯化鈦滴入液氮中，然后往里面緩慢滴加去離子水，其中去離子水和四氯化鈦質量比為70:1，然后超聲攪拌均勻，制得前驅體溶液。
[0022](2)稱取0.2g纖維素，在攪拌條件下將其加入到步驟(I)中所制備的前驅體溶液中混合，其中纖維素和四氯化鈦質量比控制為80:1，然后將混合后所得的混合液轉移至三口燒瓶中，在80°C條件下攪拌加熱12h，制得加熱反應溶液。
[0023](3)將步驟(2)得到的加熱反應溶液離心清洗，之后置于80°C烘箱中烘干，得到二氧化鈦-纖維素復合材料。
[0024]取0.15g所制備的催化劑，將其與IOOml的5mg/L羅丹明B溶液混合，在黑暗中攪拌Ih之后，用可見光(λ >420 nm)的光照射，40分鐘后光催化降解率達到100%。
[0025]實施例4
(I)將1.5ml四氯化鈦滴入液氮中，然后往里面緩慢滴加去離子水，其中去離子水和四氯化鈦質量比為70:1，然后超聲攪拌均勻，制得前驅體溶液。
[0026](2)稱取0.5g纖維素，在攪拌條件下將其加入到步驟(I)中所制備的前驅體溶液中混合，其中纖維素和四氯化鈦質量比控制為30:1，然后將混合后所得的混合液轉移至三口燒瓶中，在90°C條件下攪拌加熱6h，制得加熱反應溶液。
[0027](3)將步驟(2)得到的加熱反應溶液離心清洗，之后置于80°C烘箱中烘干，得到二氧化鈦-纖維素復合材料。
[0028]取0.15g所制備的催化劑，將其與IOOml的5mg/L羅丹明B溶液混合，在黑暗中攪拌Ih之后，用可見光(λ >420 nm)的光照射，30分鐘后光催化降解率達到100%。
[0029]實施例5
(I)將1.5ml四氯化鈦滴入液氮中，然后往里面緩慢滴加去離子水，其中去離子水和四氯化鈦質量比為10:1，然后超聲攪拌均勻，制得前驅體溶液。
[0030](2)稱取0.1g纖維素，在攪拌條件下將其加入到步驟(I)中所制備的前驅體溶液中混合，其中纖維素和四氯化鈦質量比控制為30:1，然后將混合后所得的混合液轉移至三口燒瓶中，在90°C條件下攪拌加熱8h，制得加熱反應溶液。
[0031](3)將步驟(2)得到的加熱反應溶液離心清洗，之后置于80°C烘箱中烘干，得到二氧化鈦-纖維素復合材料。
[0032]取0.15g所制備的催化劑，將其與IOOml的5mg/L羅丹明B溶液混合，在黑暗中攪拌Ih之后，用可見光(λ >420 nm)的光照射，50分鐘后光催化降解率達到100%。
[0033]實施例6
(I)將0.5ml四氯化鈦滴入液氮中，然后往里面緩慢滴加去離子水，其中去離子水和四氯化鈦質量比為100:1，然后超聲攪拌均勻，制得前驅體溶液。
[0034](2)稱取0.4g纖維素，在攪拌條件下將其加入到步驟(I)中所制備的前驅體溶液中混合，其中纖維素和四氯化鈦質量比控制為50:1，然后將混合后所得的混合液轉移至三口燒瓶中，在60°C條件下攪拌加熱48h，制得加熱反應溶液。
[0035](3)將步驟(2)得到的加熱反應溶液離心清洗，之后置于80°C烘箱中烘干，得到二氧化鈦-纖維素復合材料。
[0036]取0.15g所制備的催化劑，將其與IOOml的5mg/L羅丹明B溶液混合，在黑暗中攪拌Ih之后,用可見光(λ >420 nm)的光照射,65分鐘后光催化降解率達到100%。[0037]盡管已經示出和描述了本發(fā)明的實施例，對于本領域的普通技術人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權利要求及其等同限定。
【權利要求】
1.一種二氧化鈦-纖維素復合材料制備方法，其特征在于，所述制備方法包括以下步驟: (1)將四氯化鈦加入到液氮中，然后向其加入水，其中，水和四氯化鈦的質量比范圍為10-100:1，并攪拌均勻，制得前驅體溶液； (2)在攪拌條件下將纖維素加入到步驟(1)所制備的前驅體溶液中混合，混合后纖維素和四氯化鈦的質量比范圍為廣80:1，然后在2(T90°C條件下攪拌加熱4~72h，制得加熱反應溶液； (3)將步驟(2)制備的加熱反應溶液離心清洗，之后置于4(T80°C烘箱中烘干，得到二氧化鈦-纖維素復合材料。
2.如權利要求1所述的一種二氧化鈦-纖維素復合材料制備方法，其特征在于，步驟(I)中加入的水為去離子水或蒸餾水。
3.如權利要求1所述的一種二氧化鈦-纖維素復合材料制備方法，其特征在于，步驟(1)中所述攪拌為超聲攪拌。
4.如權利要求1所述的一種二氧化鈦-纖維素復合材料制備方法，其特征在于，步驟(2)中所述在2(T90°C條件下攪拌加熱4~72h，是將所述混合后的混合液轉移至三口燒瓶中后進行的。
【文檔編號】C02F1/30GK103934036SQ201410166638
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月24日 優(yōu)先權日:2014年4月24日
【發(fā)明者】楊穆, 王戈, 彭超豪, 余巨峰, 吳滔, 汪書樂, 陳翔 申請人:北京科技大學