[发明专利]硅烷偶联剂修饰二氧化钛纳米管阵列材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料修饰和水处理技术领域，具体涉及硅烷偶联剂修饰二氧化钛 纳米管阵列材料及其制备方法和在去除含有机污染物和/或重金属污染物废水中的应用。

背景技术

TiO₂光催化技术是目前备受瞩目的去除环境污染物的新型方法。TiO₂受光照射后 产生电子-空穴对，电子有较强还原能力，空穴具有较强氧化能力。利用电子-空穴的协同作 用，同时去除环境中的有机污染物和还原重金属，成为当前催化和环保研究中的一个热点。 但是由于TiO₂表面具有大量的羟基，因此对亲脂类的持久性有机污染物的结合能力较弱。

TiO₂最常用的纳米形态包括粉体、薄膜和与载体构成复合材料。目前研究最多的 为粉体形态。但是粉体材料在工程中应用时存在不易分散、易团聚、难回收利用和易造成二 次污染等问题，限制了其在环境污染物去除中的应用。2001年Grimes小组第一次报道了制 备TiO₂纳米管阵列的方法，该方法制备的纳米管阵列由于易回收、制备方法简便的特性大 大提高了TiO₂光催化剂在环境污染去除中的应用。然而，仍然不能解决与亲脂类有机污染 物的结合问题。因此，寻求一种可同时有效去除环境中的有机污染物和还原重金属的催化 剂成为当务之急。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种氧化还原能力强、可 同时去除有机污染物和重金属污染物，且去除效果好的硅烷偶联剂修饰二氧化钛纳米管阵 列材料及其制备方法和应用。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种硅烷偶联剂修饰二氧化钛纳米管阵列材料，所述硅烷偶联剂修饰二氧化钛纳米管 阵列材料主要由二氧化钛纳米管阵列、硅烷偶联剂、有机溶剂和冰醋酸混合后反应得到。

作为一个总的发明构思，本发明还提供了一种硅烷偶联剂修饰二氧化钛纳米管阵 列材料的制备方法，包括以下步骤：将二氧化钛纳米管阵列、硅烷偶联剂、有机溶剂和冰醋 酸混合，经反应后，得到硅烷偶联剂修饰二氧化钛纳米管阵列材料。

上述的硅烷偶联剂修饰二氧化钛纳米管阵列材料的制备方法中，优选的，所述硅 烷偶联剂的质量占所述硅烷偶联剂与有机溶剂质量之和的0.1%～20%。

上述的硅烷偶联剂修饰二氧化钛纳米管阵列材料的制备方法中，优选的，所述有 机溶剂为甲苯。

上述的硅烷偶联剂修饰二氧化钛纳米管阵列材料的制备方法中，优选的，所述反 应的温度为50℃～80℃，所述反应的时间为0.5h～8h。

上述的硅烷偶联剂修饰二氧化钛纳米管阵列材料的制备方法中，优选的，所述硅 烷偶联剂为硅烷偶联剂KH-570。

作为一个总的发明构思，本发明还提供上述的硅烷偶联剂修饰二氧化钛纳米管阵 列材料或上述的制备方法制得的硅烷偶联剂修饰二氧化钛纳米管阵列材料在处理含有机 污染物和/或重金属污染物的废水中的应用。

上述的应用中，优选的，所述应用包括以下步骤：将硅烷偶联剂修饰二氧化钛纳米 管阵列材料加入含有机污染物和/或重金属污染物的废水中进行光催化反应，完成对废水 的处理。

上述的应用中，优选的，所述光催化反应过程中的pH值为3～6。

硅烷偶联剂是一类在分子中同时含有两种不同化学性质基团的有机硅化合物，其 经典产物可用通式YSiX₃表示。式中，Y为非水解基团，包括链烯基（主要为乙烯基），以及末 端带有Cl、NH₂、SH、环氧、N₃、（甲基）丙烯酰氧基或异氰酸酯基等官能团烃基，也就是碳官能 基；X为可水解基团，包括Cl、OMe、OEt、OC₂H₄OCH₃、OSiMe₃或OAc等。由于这一特殊结构，在其 分子中同时具有能和无机质材料（如玻璃、硅砂、金属等）化学结合的反应基团及与有机质 材料（合成树脂等）化学结合的反应基团，可以用于表面处理。