[发明专利]一种大管径TiO2纳米管、其合成方法及其在光催化降解造纸废水中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种降解造纸废水大管径TiO₂纳米管光催化剂及其制备方法，属于材料合成技术领域。

背景技术

纸浆造纸工业是我国国民经济的重要组成部分，然而其也成为我国水污染的污染源之一。造纸工业污染严重，废水排放量大，含有较高浓度的生物难降解的木质素和纤维素。造纸废水排放到河流中，纤维悬浮物含有大量的有机物，当这些有机物发酵分解后会消耗大量的氧气，从而会使水质变差。造纸废水中也含有大量的具有持久性的有毒物质，在环境中滞留时间特别长，而且会随着食物链富集对处于高等食物链的人类健康造成危害。当前我国处理造纸废水的主要技术是物理和生物结合的方法，但是处理后的造纸废水仍有较多的苯环结构木素类高分子有机物、废水的色度和COD仍较高。近年来，光催化技术在降低纸浆造纸废水的毒性和色度方面的优势越来越为人们所关注，高稳定以及高光催化活性的TiO₂光催化剂在紫外光诱导下可产生具有强氧化性的羟基自由基·OH，将难降解的木素迅速矿化，从而达到排放标准。

TiO₂因其独特的光散射性质、化学稳定性和无毒性而被广泛地应用于光催化剂、气敏传感器、染料敏化太阳能电池和光电材料。TiO₂作为光催化剂有多种存在形式，例如纳米薄膜、纳米颗粒、纳米带、纳米线、纳米棒等，制备这些不同形式纳米结构的目的是获得尽可能大的比表面积，从而提高TiO₂的光催化性能。管状结构TiO₂因其独特的物理化学性能，引起了研究者们极大的兴趣。目前国内外所报道的制备TiO₂纳米管的方法主要有水热法、模板法、电化学方法等。但这些方法制备TiO₂纳米管的产率低、成本高、工艺复杂而不便于实现工业化。

发明内容

本发明的目的是克服了现有技术不足而提供了一种大管径TiO₂纳米管、其合成方法及其在光催化降解造纸废水的应用，与传统的方法相比，本发明的大管径TiO₂纳米管产率高、成本低、工艺简单且便于实现工业化。

本发明采取的技术方案为：

一种大管径TiO₂纳米管，其管径500-600nm，管壁厚400-500nm，长6-8μm。

一种大管径TiO₂纳米管的合成方法，包括步骤如下：

（1）将反应器置于油浴中，常温条件下向反应器中加入体积比1:1的蒸馏水和无水乙醇；

（2）将十六烷基三甲基溴化铵CTAB和尿素先后加入到上述混合溶液中，搅拌成透明溶液；

（3）将TiOSO₄在搅拌下加入到步骤（2）的透明溶液中，得到悬浮液；

（4）将上述悬浮液搅拌升温至80°C且在此温度下持续搅拌反应7-9h，得到白色沉淀；

（5）将上述白色沉淀进行抽滤，洗涤，干燥，研磨后，400-500°C条件下煅烧4-6h得到大管径TiO₂纳米管光催化剂。

上述制备方法中，步骤（1）的蒸馏水与步骤（2）的尿素、CTAB及步骤（3）的TiOSO₄的摩尔比为173.61：5-6.25：0.0625-0.125：1，其优选摩尔比为173.61：5：0.0625：1。

步骤（5）所述的干燥为60°C干燥12h，所述的煅烧为500°C条件下煅烧4h。

上述的合成方法制备的大管径TiO₂纳米管光催化降解造纸废水的应用。

应用方法为：按1.0g·L^-1的量将大管径TiO₂纳米管加入造纸废水中，在黑暗条件下超声分散30min，置于光催化反应器中，使用汞灯进行紫外光照射10-14h，照射中连续通氧，通氧速率为200mL·min^-1。

本发明以TiOSO₄为钛源，尿素为沉淀剂和CTAB为模板剂，通过改进的均匀沉淀法制得大管径TiO₂纳米管。利用大管径TiO₂纳米管对造纸废水进行光降解，通过12h的紫外光照射，证明本发明制备的光催化剂对造纸废水中的COD具有较高的去除率。

本发明具有如下优点：

1、原料价廉，生产成本低；

2、工艺简单且便于实现工业化；