[发明专利]植物纤维负载改性纳米二氧化钛复合材料及其制备与应用

说明书

本发明提供了一种植物纤维负载改性纳米二氧化钛复合材料及其制备方法，通过本发明方法制备负载改性二氧化钛的复合材料，可充分改善二氧化钛光响应范围窄、量子效率低以及存在的固载化问题，最终制备出的相互镶嵌的具有微纳结构的复合材料可以用于净化甲醛等有机气体；另外，本发明以植物纤维为主要原料，来源十分广泛，在生产过程中无污染；本发明为生产负载改性二氧化钛的复合材料提供了一种简单可行的方法，具有巨大的发展前景。

技术领域

本发明属于半导体光催化技术领域，具体涉及一种植物纤维负载改性纳米二氧化钛复合材料及其制备方法，以及作为强吸附能力光催化剂的应用。

背景技术

室内环境中挥发性有机化合物(VOCs)的存在严重影响人类的健康，其中以甲醛这种气体污染持续时间长，危害大，它已被世界卫生组织(WHO)和美国环境保护局(EPA)定为人体潜在危险致癌物和重要环境污染物。

光催化反应，就是在光的作用下进行的化学反应。光化学反应需要分子吸收特定波长的电磁辐射，受激产生分子激发态，然后会发生化学反应生成新的物质，或者变成引发热反应的中间化学产物。光化学反应的活化能来源于光子的能量，在太阳能的利用中光电转化以及光化学转化一直是十分活跃的研究领域。

1972年Fujishima和Honda发表了关于二氧化钛电极上光分解水的论文，由此研究者对纳米二氧化钛材料的光催化性质开始了深入的研究。研究表明，纳米二氧化钛能将污染物、臭气、细菌、微生物、甲醛、甲苯和二甲苯等有害有机物彻底分解成无害的二氧化碳和水，且不产生二次污染。

纳米二氧化钛是一种重要的无机半导体材料，其具有独特的物理化学性质，例如比表面积大、活性高、热导性好、优异的颜色效应以及紫外线屏蔽等功能，在化妆品、功能陶瓷和气敏传感器件等方面具有广阔的应用前景。纳米二氧化钛以其高催化活性、强氧化能力、不易溶解、良好的稳定性及价廉无毒等优势而被公认为是最具开发前途和应用潜力的环保型光催化材料，其理论和应用研究日益蓬勃开展起来。

二氧化钛是间接带隙半导体，只能吸收波长小于387nm的紫外线，因此不能充分利用太阳能，即光响应范围窄；纯二氧化钛的光生电子和空穴很容易发生复合，导致光量子效率低；大多数的二氧化钛以粉末为主，在实际应用中存在易团聚失活以及难分离回收的问题，即纯二氧化钛存在固载化问题。

发明内容

为改进二氧化钛存在的光响应范围窄，量子效率低以及固载化问题，本发明提供一种植物纤维负载改性纳米二氧化钛复合材料，充分利用天然植物纤维来源充分的优势，改性二氧化钛能够使光响应范围变宽以及提高光量子效率的特点，并通过由植物纤维负载改性纳米二氧化钛来解决二氧化钛的固载化问题，有利于半导体光催化技术及相关领域的进步。

本发明的技术方案如下：

一种植物纤维负载改性纳米二氧化钛复合材料，按如下方法制备得到：

(1)制备植物纤维：

选取天然植物枝条，经打抛、烘干、碎化、纯化处理，得到植物纤维；

具体的，所述天然植物枝条选自竹子、芦苇、稻草、小麦秸秆中的一种或两种以上任意比例的混合物；

所述打抛、烘干、碎化、纯化处理的操作方法为：将所述天然植物枝条进行打抛(以去除木质素等非纤维成分)，接着用水浸渍，升温至120℃保温1h后，冷却至室温，用去离子水清洗，然后置于100℃的烘箱中烘干，取出粉碎过筛，接着进行纯化(以进一步去除果胶质、树胶质和其他杂质)，即：将粉碎过筛后的固体物质浸渍于沸水中1min，然后依次用5g/L的H₂O₂水溶液、4g/L的Na₂SiO₃水溶液进行氧漂，再经水洗、沸水洗、去离子水冲洗，最后放入100℃的烘箱中烘干，得到植物纤维；

(2)制备改性二氧化钛纳米溶胶：