一种用玄武岩纤维负载的TiO₂光催化膜的制备方法

专利名称：一种用玄武岩纤维负载的TiO₂光催化膜的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种用玄武岩纤维负载的TiO2光催化膜的制备方法。
背景技术：
TiO2光催化剂以其优异的性能在污水处理和空气净化领域潜在着很大应用价 值。然而，粉末状TiO2光催化剂存在着难回收，在水中易凝聚，易失活，在空气中易飞 散等工程性问题，从而严重降低了其实际应用价值。制备负载型TiO2光催化材料是实现其价值、扩大其实际应用范围的必然手段， 选择合适的载体是制备负载型TiO2光催化材料的关键。传统的TiO2载体的有硅胶、活 性氧化铝玻璃纤维网海砂、层状石墨等多孔状材料，然而这些材料的孔内深层得不到光 照，负载在上面的催化剂不能发挥光催化作用，反而照成催化剂浪费。近几年，碳质类 材料也成为该领域研究的一大热点。常用的碳质类材料主要有两类一类是活性碳纤 维，这一载体的缺点是在高温烧结时孔结构易受到破坏。另一类是PAN基炭纤维，其昂 贵的价格使其在近期内大规模的应用成为不现实。玄武岩纤维化学性能稳定、力学强度高，是一种低导热、抗热震、柔软性好、 耐磨、耐折、耐高温的绿色环保材料。但是其表面光滑，直接与TiO2复合界面结合较 差，容易造成TiO2颗粒的脱落。

发明内容
本发明所要就解决的技术问题就是提供一种用玄武岩纤维负载的TiO2光催化膜 的制备方法，采用该方法可以将具有柔性好、强度高、耐高温、耐腐蚀、价格低廉的玄 武岩纤维为载体与TiO2进行很好的复合，复合界面结合好，TiO2颗粒不易脱落，克服传 统基体材料造成的催化剂浪费问题及碳质材料基体缺陷。为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案一种用玄武岩纤维负载的 TiO2光催化膜的制备方法，其特征在于包括如下步骤1)选用单纤直径为7 15 μ m的玄武岩纤维放入反应容器中，并加入1 2mol/ L的氢氧化钠溶液，其中玄武岩纤维与氢氧化钠溶液的质量比为(1.2 1.9) 100，然后 将反应容器放在60°C 80°C水浴中处理2 5h，取出后用去离子水清洗至pH7 8 ；优选的，反应液体积为反应容器体积的1 (3 3.5);2)将步骤1)中处理过的玄武岩纤维浸置在pH3 4的二氧化硅溶胶里15min 30min后，以8 12mm/min提拉速度拉出并用乙醇冲洗其表面，在80 100°C下干燥 1 2h，得到表面涂覆二氧化硅薄膜的玄武岩纤维；所述二氧化硅溶胶以正硅酸乙酯为主要原料，乙醇为溶剂，盐酸为催化剂制 备，其中正硅酸乙酯乙醇水的质量比为10 (25 35) (1 3)，以盐酸调节至 pH3 4，搅拌1 2小时，放入50°C 60°C水浴陈化2 3小时即制得所需的二氧化硅 溶胶；
3)将步骤2)中得到的玄武岩纤维浸渍在TiO2溶胶中，以8 12_/η ι提拉 速度在玄武岩纤维表面涂覆TiO2薄膜，通过过热蒸汽干燥，在100 150°C下干燥1 2h，升温速率为2°C 3°C/min，再以相同升温速率从150°C升温至450 600°C，并保 温2h 3h即完成以玄武岩纤维为载体与TiO2W复合；采用过热蒸汽二步热处理法，提 供了一个平稳的退火环境，避免了因温度骤变及残留有机物的剧烈挥发造成TiO2薄膜易 张裂的现象。所述TiO2溶胶以钛酸四丁酯为前驱体，丙二醇为溶剂，冰乙酸为催化剂，乙 酰丙酮为抑制剂制备，其中钛酸四丁酯丙二醇水冰乙酸乙酰丙酮的摩尔比为 1 (10 15) (O 0.2) 0.05 0.05。采用本发明的方法可以将具有柔性好、强度高、耐高温、耐腐蚀、价格低廉的 玄武岩纤维为载体与TiO2进行很好的复合，克服传统基体材料造成的催化剂浪费问题 及碳质材料基体缺陷。本发明以碱溶液刻蚀玄武岩纤维表面，利用溶胶-凝胶方法在 其表面涂覆一层连续的二氧化硅薄膜，有效提高了纤维的力学性能，本发明采用二次溶 胶-凝胶方法在玄武岩纤维表面先后负载了二氧化硅薄膜和TiO2薄膜，二氧化硅的介 入，不仅增加了纤维的力学性能，也提高了材料的光催化活性。
具体实施例方式实施例1 1)选用单纤直径为7 15 μ m的玄武岩纤维放入反应容器中，并加入lmol/L的 氢氧化钠溶液，其中玄武岩纤维与氢氧化钠溶液的质量比为1.2 100，反应液体积为反 应容器体积的1 3，然后将反应容器放在60°C的水浴中处理2h，取出后用去离子水清洗 至pH 7 8 ；2)以正硅酸乙酯为主要原料，乙醇为溶剂，盐酸为催化剂制备二氧化硅溶胶。 其中正硅酸乙酯乙醇水的质量比为10 25 1，以盐酸调节至pH3 4，搅拌1 小时，放入50°C水浴陈化2小时。将上述处理过的玄武岩纤维浸置在此二氧化硅溶胶里 15min后，以8 12mm/min提拉速度拉出并用乙醇冲洗其表面，在80 100°C下干燥 Ih,得到表面涂覆二氧化硅薄膜的玄武岩纤维；3)以钛酸四丁酯为前驱体，丙二醇为溶剂，冰乙酸为催化剂，乙酰丙酮为 抑制剂制备TiO2溶胶，其中钛酸四丁酯丙二醇水冰乙酸乙酰丙酮的摩尔比 为1 10 0.1 0.05 0.05 ；采用浸渍提拉法，以8 12mm/min提拉速度在上述 处理得到的纤维表面涂覆TiO2薄膜，通过过热蒸汽干燥，在100 150°C下干燥lh，升 温速率为2°C/min，再以相同升温速率从150°C升温至450°C，并保温2h ；采用过热蒸汽 二步热处理法，提供了一个平稳的退火环境，避免了因温度骤变及残留有机物的剧烈挥 发造成TiO2薄膜易张裂的现象。实施例2:1)选用单纤直径为7 15 μ m的玄武岩纤维放入反应容器中，并加入1.5mol/L 的氢氧化钠溶液，其中玄武岩纤维与氢氧化钠溶液的质量比为1.5 100，反应液体积为 反应容器体积的1 3.2，然后将反应容器放在70°C的水浴中处理3.5h，取出后用去离子 水清洗至pH 7 8 ；
2)以正硅酸乙酯为主要原料，乙醇为溶剂，盐酸为催化剂制备二氧化硅溶胶。 其中正硅酸乙酯乙醇水的质量比为10 30 2，以盐酸调节至pH3 4，搅拌1 小时，放入55°C水浴陈化2.5小时。将上述处理过的玄武岩纤维浸置在此二氧化硅溶胶 里22min后，以8 12mm/min提拉速度拉出并用乙醇冲洗其表面，在80 100°C下干 燥2h，得到表面涂覆二氧化硅薄膜的玄武岩纤维；3)以钛酸四丁酯为前驱体，丙二醇为溶剂，冰乙酸为催化剂，乙酰丙酮为抑 制剂制备TiO2溶胶，其中钛酸四丁酯丙二醇水冰乙酸乙酰丙酮的摩尔比为
1 15 0.2 0.05 0.05 ；采用浸渍提拉法，以8 12mm/min提拉速度在上述处理 得到的纤维表面涂覆TiO2薄膜，通过过热蒸汽干燥，在100 150°C下干燥1.5h，升温速 率为2.5°C /min,再以相同升温速率从150°C升温至550°C，并保温2h。实施例3 1)选用单纤直径为7 15 μ m的玄武岩纤维放入反应容器中，并加入2mol/L的 氢氧化钠溶液，其中玄武岩纤维与氢氧化钠溶液的质量比为1.9 100，反应液体积为反 应容器体积的1 3.5，在油浴中加热冷凝回流处理2h，取出后用去离子水清洗至pH 7 8 ；2)以正硅酸乙酯为主要原料，乙醇为溶剂，盐酸为催化剂制备二氧化硅溶胶。 其中正硅酸乙酯乙醇水的质量比为10 35 3，以盐酸调节至pH3 4，搅拌1 小时，放入60°C水浴陈化3小时。将上述处理过的玄武岩纤维浸置在此二氧化硅溶胶里 30min后，以8 12mm/min提拉速度拉出并用乙醇冲洗其表面，在80 100°C下干燥 2h，得到表面涂覆二氧化硅薄膜的玄武岩纤维；3)以钛酸四丁酯为前驱体，丙二醇为溶剂，冰乙酸为催化剂，乙酰丙酮为抑 制剂制备TiO2溶胶，其中钛酸四丁酯丙二醇水冰乙酸乙酰丙酮的摩尔比为
1 15 0.1 0.05 0.05 ；采用浸渍提拉法，以8 12mm/min提拉速度在上述处理 得到的纤维表面涂覆TiO2薄膜，通过过热蒸汽干燥，在100 150°C下干燥2h，升温速 率为3°C /min,再以相同升温速率从150°C升温至600°C，并保温2h。
权利要求
1.一种用玄武岩纤维负载的TiO2光催化膜的制备方法，其特征在于包括如下步骤 1)选用单纤直径为7 15 μ m的玄武岩纤维放入反应容器中，并加入1 2mol/L的氢氧 化钠溶液，其中玄武岩纤维与氢氧化钠溶液的质量比为(1.2 1.9) 100，然后将反应容 器放在60V 80°C水浴中处理2 5h，取出后用去离子水清洗至pH7 8 ；2)将步骤1)中处理过的玄武岩纤维浸置在pH3 4的二氧化硅溶胶里15min 30min 后，以8 12mm/min提拉速度拉出并用乙醇冲洗其表面，在80 100°C下干燥1 2h， 得到表面涂覆二氧化硅薄膜的玄武岩纤维；3)将步骤2)中得到的玄武岩纤维浸渍在^02溶胶中，以8 12mm/min提拉速度在 玄武岩纤维表面涂覆TiO2薄膜，通过过热蒸汽干燥，在100 150°C下干燥1 2h，升 温速率为2°C 3°C/min，再以相同升温速率从150°C升温至450 600°C，并保温2h 3h。
2.根据权利要求1所述的用玄武岩纤维负载的TiO2光催化膜的制备方法，其特征在 于所述步骤1)中反应液体积为反应容器体积的1 (3 3.5)。
3.根据权利要求1所述的用玄武岩纤维负载的TiO2光催化膜的制备方法，其特征在 于所述步骤2)中二氧化硅溶胶以正硅酸乙酯为主要原料，乙醇为溶剂，盐酸为催化剂 制备，其中正硅酸乙酯乙醇水的质量比为10 (25 35) (1 3)，以盐酸调节 至pH3 4，搅拌1 2小时，放入50°C 60°C水浴陈化2 3小时即制得所需的二氧 化硅溶胶。
4.根据权利要求1所述的用玄武岩纤维负载的TiO2光催化膜的制备方法，其特征 在于所述步骤3)中TiO2溶胶以钛酸四丁酯为前驱体，丙二醇为溶剂，冰乙酸为催化 齐U，乙酰丙酮为抑制剂制备，其中钛酸四丁酯丙二醇水冰乙酸乙酰丙酮的摩尔 比为1 (10 15) (O 0.2) 0.05 0.05。
全文摘要
本发明公开了一种用玄武岩纤维负载的TiO2光催化膜的制备方法，包括如下步骤1)将选好的玄武岩纤维放入反应容器中，加入所需的氢氧化钠溶液，然后水浴中处理，取出后用去离子水清洗至pH7～8；2)将步骤1)中处理过的玄武岩纤维浸置在pH3～4的二氧化硅溶胶里预定时间后，将其提拉出并用乙醇冲洗表面，再干燥，得到表面涂覆二氧化硅薄膜的玄武岩纤维；3)采用浸渍提拉法在上述处理得到的纤维表面涂覆二氧化钛薄膜，通过过热蒸汽干燥并保温。采用本发明的方法可以将具有柔性好、强度高、耐高温、耐腐蚀、价格低廉的玄武岩纤维为载体与TiO2进行很好的复合，克服传统基体材料造成的催化剂浪费问题及碳质材料基体缺陷。
文档编号B01J37/02GK102019176SQ20101059077
公开日2011年4月20日 申请日期2010年12月16日 优先权日2010年12月16日
发明者庞邦永, 陈静波, 顾寅峰 申请人:海宁安捷复合材料有限责任公司