[发明专利]一种净化-杀菌-自洁净一体化的感光型吸附柱材料的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及水处理和材料化学领域，尤其涉及一种净化-杀菌-自洁净一体化的感光型吸附柱材料的制备方法及其应用。

背景技术

2010年上海世博会的直饮水系统及时为广大游客提供了可饮用的净水，给人们留下了深刻的印象。上海饮用水的质量一直备受广大市民的关注，能不能让这种直饮水技术进入到千家万户的普通百姓家庭？经过调研了解到，世博直饮水主要采用了高科技超滤膜处理技术，这种高新净水处理方法往往采用颗粒活性炭过滤、超滤膜组件分离和紫外线灯管消毒等由多种联用技术组成的多级处理工艺。这种技术处理效果好，水中的各种微污染物几乎完全去除，并且细菌等指标也完全达到直接饮用的卫生指标。但也存在一些不容忽视的问题，如：处理系统较为复杂，滤膜的成本较高，而且滤膜需要定期维护和更换；同时紫外线杀菌的能耗也较大。因此成本较高，目前还没有推广到普通百姓家庭中。

由此可见，其关键问题是，能否有一种更为廉价、简便的饮用水处理方法，既能有效地去除自来水中微污染物，又能起到杀菌的功能？

事实上我们知道，目前市场上推出的一些家庭净水产品主要是以活性炭吸附材料为主，通过过滤吸附起到净化微污染物作用，但杀菌效果不明显，处理后的水不能直接饮用。而一些空气净化器则是以一种二氧化钛光催化剂为主，通过紫外光照射起到净化空气中的污染物气体并且杀菌的效果，但这种技术不能很好地应用于自来水的净化和杀菌处理。

由此我们产生了一种想法，能否将这两种方法结合起来？进一步地我们产生了这样的思路：能不能首先采用一种吸附性能很强的材料先将水中的微污染物吸附？碳气凝胶是一种新型轻质纳米多孔无定型炭素材料，其孔隙率高达80％～90％，比表面积高达500m²/g-1000m²/g，具有优异的吸附性能，是通常活性炭吸附材料的5～10倍。为此，本发明基于碳气凝胶的良好吸附性能进行新功能的拓展和创新。

在此基础上，能否再利用光催化剂将污染物光照催化分解，使得这种吸附剂能够立即自洁净并保持很好的吸附功能呢？而且，能不能不采用紫外灯照射这种复杂装置，而是直接采用自然光或者可见光照射就能起到催化分解作用，并且同时杀灭水中的细菌呢？众所周知，溴化银（如AgBr）是一种优良的感光剂，被广泛应用于胶片的原材料。在感光过程中，AgBr能够吸收自然光，并将AgBr分解生成Ag原子，经过反复吸收光子可以形成许多细小的Ag纳米粒子（2AgBr=2Ag+Br₂）。曝光后形成了Ag和AgBr的复合体。而Ag，尤其细小的Ag纳米粒子又具有很强的杀菌作用。

为此，采用将AgBr感光剂和二氧化钛光催化剂负载到柱状的碳气凝胶吸附剂表面，并把它作为处理自来水的吸附净化柱子，制备出具有一种净化-杀菌-自洁净多功能、一体化的感光型高效吸附柱材料，并应用于饮用水的处理。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种制备工艺简单，成本低廉，具有净化-杀菌-自洁净一体化的感光型吸附柱材料的制备方法及其应用。

本发明提出的净化-杀菌-自洁净一体化的感光型吸附柱材料的制备方法，具体步骤如下： 

(1)柱状碳气凝胶上TiO₂的负载：

(1.1)在室温下，将四氯化钛液体缓慢滴加到用磁力搅拌器搅拌的无水乙醇中，滴加完毕后继续搅拌20-28小时，得到澄清黄绿色溶液；其中：四氯化钛与无水乙醇的体积比为1：3-1：4；

(1.2)将柱状碳气凝胶浸入步骤(1.1)溶液中20-40分钟，取出后烘干，冷却，该步骤重复3次；

（1.3）在通氮气保护的管式炉中以2℃ min^-1的升温速率升温至450-500℃，煅烧1.5-2.5小时后冷却至室温，得到兼备吸附和光催化洁净能力的负载TiO₂碳气凝胶；

(2)感光剂的负载：

（2.1）将步骤（1.3）制备得到的负载TiO₂碳气凝胶悬吊并浸没于蒸馏水中，搅拌下加入十六烷基溴化铵（CTAB），继续搅拌1.5-2.5小时，形成均匀的悬浮液；其中：十六烷基溴化铵的加入量为蒸馏水质量的1-2%；

（2.2）滴加2-3mL浓度为0.5mol/L的AgNO₃溶液，持续不断搅拌10-18h后取出，用蒸馏水洗涤干净后在烘干，在负载TiO₂碳气凝胶的表面获得一层均匀的AgBr感光剂；