[发明专利]一种纳米TiO2/膨胀石墨复合海绵的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于环境保护和水处理材料技术领域，涉及一种光催化降解效果好、可循环利用，便于回收的环境友好型光催化降解材料纳米TiO₂/膨胀石墨复合海绵的制备方法及其应用。

背景技术

纳米二氧化钛具有极强的光催化降解性能，被广泛应用于化工和精细化工生产中，特别是催化领域，能有效地将水中的有机酸类、烃类、卤化脂肪烃、卤代芳烃、取代芳烃、多环芳烃、杂化芳烃、硝基芳烃、酚类、表面活性剂、农药、染料等进行脱色、除毒、矿化，最终降解为二氧化碳、水等无机小分子。对空气中的有毒气体和无机污染物，如含铬废水、含汞废水、含氰废水、含铅废水、含NO₂^-废水也有很好的降解效果。目前用于光催化降解的二氧化钛大多是纳米粉末。纳米二氧化钛比表面积大、吸光范围宽、电子-孔穴的复合率低、氧化还原电势较高，具有更高的量子产率，比常规尺寸的二氧化钛有更高的光催化活性。纳米二氧化钛光催化技术工艺简单、成本低廉，安全无毒、性能稳定、无刺激性，具有特殊的电子结构，能完全或部分分解各类有机物和净化空气中的有毒气体，是近年来被广为研究报道的绿色环保型催化剂。纳米二氧化钛粒子虽然处理效果好，但难分离、回收成本高，很难用于实际处理中。对二氧化钛纳米粒子的负载成为新的研究方向。现今常采用的载体有膨胀石墨、活性炭、活性炭纤维、沸石、玻璃珠、玻璃纤维、不锈钢等。但由于这些光催化剂载体较小的比表面积，降低了二氧化钛的负载量和光催化活性。

膨胀石墨作为一种新型碳素材料，不仅具备了天然石墨本身的耐热、耐辐射、耐腐蚀、导电、自润滑等优良特性，还具备轻质、柔软、多孔、可压缩、回弹等性能，独特的蠕虫结构使其有很好的吸附性能。

聚乙烯醇是一种无色、无毒、无腐蚀的水溶性有机高分子聚合物，其价格低廉、性能良好，与醛类化合物反应生成的聚乙烯醇缩醛产物有很好的亲水性、力学性能和耐磨性，耐化学品性优异，对紫外线具有极好地抵御能力，紫外灯照射不会导致分解。光催化降解去除游离甲醛后，可用作医学材料，对水体无污染，可用于水体处理载体。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足提供一种纳米TiO₂/膨胀石墨复合海绵的制备方法及其应用。

本发明的技术方案如下：

纳米TiO₂/膨胀石墨复合海绵的制备方法，包括以下步骤：将聚乙烯醇加入95℃蒸馏水中，聚乙烯醇与水的质量比为5%～20%，搅拌形成聚乙烯醇水溶液；将纳米TiO₂粉末加入聚乙烯醇水溶液中，不断搅拌，加入硅烷偶联剂、甲醛、盐酸，搅拌均匀后加入碳酸氢钠和膨胀石墨，搅拌至产生大量泡沫；之后倒入模具中，于60℃烘箱干燥6h，取出用大量水冲洗，并超声波清洗处理，干燥即得本产品；聚乙烯醇、纳米二氧化钛、膨胀石墨、偶联剂、甲醛、盐酸、碳酸氢钠的质量比为1：（0.5～10）：（0.01～6）：（0.05～1）：0.5:1：（0.02～0.2）。

所述的制备方法，所采用的纳米TiO₂是四方晶系纳米二氧化钛粒子。

所述的制备方法，添加的可膨胀石墨为六方晶系膨胀石墨。

所述的制备方法，超声处理可提高材料的光催化性能，超声处理时间为0.5h-3h。

本发明的效果和益处是该方法制作简单，反应条件温和，成本低，减少了纳米二氧化钛粉末光催化降解时的损失。且制得的产品对有机物光催化降解效果极好，添加膨胀石墨不仅增加海绵的吸附性能，同时增大海绵的孔径和提高海绵的弹性。使用后经过简单的挤压、清洗干燥后可重复利用，进一步降低成本。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。

实施例1：

1.水热法制备纳米二氧化钛粒子

①将140mL TiCl₄液体置于1000ml烧杯中，缓慢加入去离子水，将1mol/L的碳酸氢钠溶液滴加到该TiCl₄溶液中，滴定至溶液pH=5。加去离子水将溶液定容到750ml。

②将以上溶液倒入高压釜中，密封。温度为200℃，压力为20MPa，加热时间为12h，反应完成后通水冷却。

③抽滤、洗涤后真空干燥6h，得到白色固体，球磨即得所需样品。