專利名稱：一種用玄武巖纖維負載的TiO₂光催化膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用玄武巖纖維負載的TiO2光催化膜的制備方法。
背景技術(shù)：
TiO2光催化劑以其優(yōu)異的性能在污水處理和空氣凈化領(lǐng)域潛在著很大應(yīng)用價 值。然而，粉末狀TiO2光催化劑存在著難回收，在水中易凝聚，易失活，在空氣中易飛 散等工程性問題，從而嚴重降低了其實際應(yīng)用價值。制備負載型TiO2光催化材料是實現(xiàn)其價值、擴大其實際應(yīng)用范圍的必然手段， 選擇合適的載體是制備負載型TiO2光催化材料的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的TiO2載體的有硅膠、活 性氧化鋁玻璃纖維網(wǎng)海砂、層狀石墨等多孔狀材料，然而這些材料的孔內(nèi)深層得不到光 照，負載在上面的催化劑不能發(fā)揮光催化作用，反而照成催化劑浪費。近幾年，碳質(zhì)類 材料也成為該領(lǐng)域研究的一大熱點。常用的碳質(zhì)類材料主要有兩類一類是活性碳纖 維，這一載體的缺點是在高溫燒結(jié)時孔結(jié)構(gòu)易受到破壞。另一類是PAN基炭纖維，其昂 貴的價格使其在近期內(nèi)大規(guī)模的應(yīng)用成為不現(xiàn)實。玄武巖纖維化學(xué)性能穩(wěn)定、力學(xué)強度高，是一種低導(dǎo)熱、抗熱震、柔軟性好、 耐磨、耐折、耐高溫的綠色環(huán)保材料。但是其表面光滑，直接與TiO2復(fù)合界面結(jié)合較 差，容易造成TiO2顆粒的脫落。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要就解決的技術(shù)問題就是提供一種用玄武巖纖維負載的TiO2光催化膜 的制備方法，采用該方法可以將具有柔性好、強度高、耐高溫、耐腐蝕、價格低廉的玄 武巖纖維為載體與TiO2進行很好的復(fù)合，復(fù)合界面結(jié)合好，TiO2顆粒不易脫落，克服傳 統(tǒng)基體材料造成的催化劑浪費問題及碳質(zhì)材料基體缺陷。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種用玄武巖纖維負載的 TiO2光催化膜的制備方法，其特征在于包括如下步驟1)選用單纖直徑為7 15 μ m的玄武巖纖維放入反應(yīng)容器中，并加入1 2mol/ L的氫氧化鈉溶液，其中玄武巖纖維與氫氧化鈉溶液的質(zhì)量比為(1.2 1.9) 100，然后 將反應(yīng)容器放在60°C 80°C水浴中處理2 5h，取出后用去離子水清洗至pH7 8 ；優(yōu)選的，反應(yīng)液體積為反應(yīng)容器體積的1 (3 3.5);2)將步驟1)中處理過的玄武巖纖維浸置在pH3 4的二氧化硅溶膠里15min 30min后，以8 12mm/min提拉速度拉出并用乙醇沖洗其表面，在80 100°C下干燥 1 2h，得到表面涂覆二氧化硅薄膜的玄武巖纖維；所述二氧化硅溶膠以正硅酸乙酯為主要原料，乙醇為溶劑，鹽酸為催化劑制 備，其中正硅酸乙酯乙醇水的質(zhì)量比為10 (25 35) (1 3)，以鹽酸調(diào)節(jié)至 pH3 4，攪拌1 2小時，放入50°C 60°C水浴陳化2 3小時即制得所需的二氧化硅 溶膠；
3)將步驟2)中得到的玄武巖纖維浸漬在TiO2溶膠中，以8 12_/η ι提拉 速度在玄武巖纖維表面涂覆TiO2薄膜，通過過熱蒸汽干燥，在100 150°C下干燥1 2h，升溫速率為2°C 3°C/min，再以相同升溫速率從150°C升溫至450 600°C，并保 溫2h 3h即完成以玄武巖纖維為載體與TiO2W復(fù)合；采用過熱蒸汽二步熱處理法，提 供了一個平穩(wěn)的退火環(huán)境，避免了因溫度驟變及殘留有機物的劇烈揮發(fā)造成TiO2薄膜易 張裂的現(xiàn)象。所述TiO2溶膠以鈦酸四丁酯為前驅(qū)體，丙二醇為溶劑，冰乙酸為催化劑，乙 酰丙酮為抑制劑制備，其中鈦酸四丁酯丙二醇水冰乙酸乙酰丙酮的摩爾比為 1 (10 15) (O 0.2) 0.05 0.05。采用本發(fā)明的方法可以將具有柔性好、強度高、耐高溫、耐腐蝕、價格低廉的 玄武巖纖維為載體與TiO2進行很好的復(fù)合，克服傳統(tǒng)基體材料造成的催化劑浪費問題 及碳質(zhì)材料基體缺陷。本發(fā)明以堿溶液刻蝕玄武巖纖維表面，利用溶膠-凝膠方法在 其表面涂覆一層連續(xù)的二氧化硅薄膜，有效提高了纖維的力學(xué)性能，本發(fā)明采用二次溶 膠-凝膠方法在玄武巖纖維表面先后負載了二氧化硅薄膜和TiO2薄膜，二氧化硅的介 入，不僅增加了纖維的力學(xué)性能，也提高了材料的光催化活性。
具體實施例方式實施例1 1)選用單纖直徑為7 15 μ m的玄武巖纖維放入反應(yīng)容器中，并加入lmol/L的 氫氧化鈉溶液，其中玄武巖纖維與氫氧化鈉溶液的質(zhì)量比為1.2 100，反應(yīng)液體積為反 應(yīng)容器體積的1 3，然后將反應(yīng)容器放在60°C的水浴中處理2h，取出后用去離子水清洗 至pH 7 8 ；2)以正硅酸乙酯為主要原料，乙醇為溶劑，鹽酸為催化劑制備二氧化硅溶膠。 其中正硅酸乙酯乙醇水的質(zhì)量比為10 25 1，以鹽酸調(diào)節(jié)至pH3 4，攪拌1 小時，放入50°C水浴陳化2小時。將上述處理過的玄武巖纖維浸置在此二氧化硅溶膠里 15min后，以8 12mm/min提拉速度拉出并用乙醇沖洗其表面，在80 100°C下干燥 Ih,得到表面涂覆二氧化硅薄膜的玄武巖纖維；3)以鈦酸四丁酯為前驅(qū)體，丙二醇為溶劑，冰乙酸為催化劑，乙酰丙酮為 抑制劑制備TiO2溶膠，其中鈦酸四丁酯丙二醇水冰乙酸乙酰丙酮的摩爾比 為1 10 0.1 0.05 0.05 ；采用浸漬提拉法，以8 12mm/min提拉速度在上述 處理得到的纖維表面涂覆TiO2薄膜，通過過熱蒸汽干燥，在100 150°C下干燥lh，升 溫速率為2°C/min，再以相同升溫速率從150°C升溫至450°C，并保溫2h ；采用過熱蒸汽 二步熱處理法，提供了一個平穩(wěn)的退火環(huán)境，避免了因溫度驟變及殘留有機物的劇烈揮 發(fā)造成TiO2薄膜易張裂的現(xiàn)象。實施例2:1)選用單纖直徑為7 15 μ m的玄武巖纖維放入反應(yīng)容器中，并加入1.5mol/L 的氫氧化鈉溶液，其中玄武巖纖維與氫氧化鈉溶液的質(zhì)量比為1.5 100，反應(yīng)液體積為 反應(yīng)容器體積的1 3.2，然后將反應(yīng)容器放在70°C的水浴中處理3.5h，取出后用去離子 水清洗至pH 7 8 ；
2)以正硅酸乙酯為主要原料，乙醇為溶劑，鹽酸為催化劑制備二氧化硅溶膠。 其中正硅酸乙酯乙醇水的質(zhì)量比為10 30 2，以鹽酸調(diào)節(jié)至pH3 4，攪拌1 小時，放入55°C水浴陳化2.5小時。將上述處理過的玄武巖纖維浸置在此二氧化硅溶膠 里22min后，以8 12mm/min提拉速度拉出并用乙醇沖洗其表面，在80 100°C下干 燥2h，得到表面涂覆二氧化硅薄膜的玄武巖纖維；3)以鈦酸四丁酯為前驅(qū)體，丙二醇為溶劑，冰乙酸為催化劑，乙酰丙酮為抑 制劑制備TiO2溶膠，其中鈦酸四丁酯丙二醇水冰乙酸乙酰丙酮的摩爾比為
1 15 0.2 0.05 0.05 ；采用浸漬提拉法，以8 12mm/min提拉速度在上述處理 得到的纖維表面涂覆TiO2薄膜，通過過熱蒸汽干燥，在100 150°C下干燥1.5h，升溫速 率為2.5°C /min,再以相同升溫速率從150°C升溫至550°C，并保溫2h。實施例3 1)選用單纖直徑為7 15 μ m的玄武巖纖維放入反應(yīng)容器中，并加入2mol/L的 氫氧化鈉溶液，其中玄武巖纖維與氫氧化鈉溶液的質(zhì)量比為1.9 100，反應(yīng)液體積為反 應(yīng)容器體積的1 3.5，在油浴中加熱冷凝回流處理2h，取出后用去離子水清洗至pH 7 8 ；2)以正硅酸乙酯為主要原料，乙醇為溶劑，鹽酸為催化劑制備二氧化硅溶膠。 其中正硅酸乙酯乙醇水的質(zhì)量比為10 35 3，以鹽酸調(diào)節(jié)至pH3 4，攪拌1 小時，放入60°C水浴陳化3小時。將上述處理過的玄武巖纖維浸置在此二氧化硅溶膠里 30min后，以8 12mm/min提拉速度拉出并用乙醇沖洗其表面，在80 100°C下干燥 2h，得到表面涂覆二氧化硅薄膜的玄武巖纖維；3)以鈦酸四丁酯為前驅(qū)體，丙二醇為溶劑，冰乙酸為催化劑，乙酰丙酮為抑 制劑制備TiO2溶膠，其中鈦酸四丁酯丙二醇水冰乙酸乙酰丙酮的摩爾比為
1 15 0.1 0.05 0.05 ；采用浸漬提拉法，以8 12mm/min提拉速度在上述處理 得到的纖維表面涂覆TiO2薄膜，通過過熱蒸汽干燥，在100 150°C下干燥2h，升溫速 率為3°C /min,再以相同升溫速率從150°C升溫至600°C，并保溫2h。
權(quán)利要求
1.一種用玄武巖纖維負載的TiO2光催化膜的制備方法，其特征在于包括如下步驟 1)選用單纖直徑為7 15 μ m的玄武巖纖維放入反應(yīng)容器中，并加入1 2mol/L的氫氧 化鈉溶液，其中玄武巖纖維與氫氧化鈉溶液的質(zhì)量比為(1.2 1.9) 100，然后將反應(yīng)容 器放在60V 80°C水浴中處理2 5h，取出后用去離子水清洗至pH7 8 ；2)將步驟1)中處理過的玄武巖纖維浸置在pH3 4的二氧化硅溶膠里15min 30min 后，以8 12mm/min提拉速度拉出并用乙醇沖洗其表面，在80 100°C下干燥1 2h， 得到表面涂覆二氧化硅薄膜的玄武巖纖維；3)將步驟2)中得到的玄武巖纖維浸漬在^02溶膠中，以8 12mm/min提拉速度在 玄武巖纖維表面涂覆TiO2薄膜，通過過熱蒸汽干燥，在100 150°C下干燥1 2h，升 溫速率為2°C 3°C/min，再以相同升溫速率從150°C升溫至450 600°C，并保溫2h 3h。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用玄武巖纖維負載的TiO2光催化膜的制備方法，其特征在 于所述步驟1)中反應(yīng)液體積為反應(yīng)容器體積的1 (3 3.5)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用玄武巖纖維負載的TiO2光催化膜的制備方法，其特征在 于所述步驟2)中二氧化硅溶膠以正硅酸乙酯為主要原料，乙醇為溶劑，鹽酸為催化劑 制備，其中正硅酸乙酯乙醇水的質(zhì)量比為10 (25 35) (1 3)，以鹽酸調(diào)節(jié) 至pH3 4，攪拌1 2小時，放入50°C 60°C水浴陳化2 3小時即制得所需的二氧 化硅溶膠。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用玄武巖纖維負載的TiO2光催化膜的制備方法，其特征 在于所述步驟3)中TiO2溶膠以鈦酸四丁酯為前驅(qū)體，丙二醇為溶劑，冰乙酸為催化 齊U，乙酰丙酮為抑制劑制備，其中鈦酸四丁酯丙二醇水冰乙酸乙酰丙酮的摩爾 比為1 (10 15) (O 0.2) 0.05 0.05。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用玄武巖纖維負載的TiO2光催化膜的制備方法，包括如下步驟1)將選好的玄武巖纖維放入反應(yīng)容器中，加入所需的氫氧化鈉溶液，然后水浴中處理，取出后用去離子水清洗至pH7～8；2)將步驟1)中處理過的玄武巖纖維浸置在pH3～4的二氧化硅溶膠里預(yù)定時間后，將其提拉出并用乙醇沖洗表面，再干燥，得到表面涂覆二氧化硅薄膜的玄武巖纖維；3)采用浸漬提拉法在上述處理得到的纖維表面涂覆二氧化鈦薄膜，通過過熱蒸汽干燥并保溫。采用本發(fā)明的方法可以將具有柔性好、強度高、耐高溫、耐腐蝕、價格低廉的玄武巖纖維為載體與TiO2進行很好的復(fù)合，克服傳統(tǒng)基體材料造成的催化劑浪費問題及碳質(zhì)材料基體缺陷。
文檔編號B01J37/02GK102019176SQ20101059077
公開日2011年4月20日 申請日期2010年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月16日
發(fā)明者龐邦永, 陳靜波, 顧寅峰 申請人:海寧安捷復(fù)合材料有限責任公司