[发明专利]一种纳米TiO2纤维套筒的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光催化水处理装置的制备方法，尤其涉及一种将旋转甩丝法并经热处理获得的具有纳米结构的高效光催化TiO₂纤维，进一步将其整理加工，制成应用简单、回收方便的纳米TiO₂纤维套筒的制备方法。

背景技术

TiO₂光催化氧化是一种高级氧化技术，具有降解效率高、对有毒有害污染物分解较彻底等优点，在难降解有机废水的预处理、深度处理和微污染水源水处理等水质控制方面具有广泛的应用前景。该技术工艺简单、成本低廉，无二次污染，是典型的环境友好技术之一，开发研制新颖实用的光催化水处理技术及其装置已受到国内外学者的广泛关注。

TiO₂有锐钛矿、金红石、板钛矿等三种晶型，一般认为锐钛矿型TiO₂具有最佳的广谱光催化效果。纳米TiO₂的氧化能力随粒子半径的减小而迅速增加，粒径在5～50nm时，光催化效果最好。目前，纳米粉、薄膜和负载光催化剂等TiO₂的主要应用形式均存在着难以克服的缺陷。将纳米粉TiO₂直接应用于水和废水处理，催化剂难以分离回收，从而导致运行费用偏高，限制了该项技术的实际应用；若将纳米TiO₂固定于适当的载体上，催化剂的表面积与体积比大大降低，严重降低了光催化效率和活性，加之TiO₂固定化技术还很不成熟，催化剂的脱落流失在所难免。因此，有必要研制开发一种既能充分发挥催化活性，又适宜快速分离的新型光催化剂，TiO₂纤维的出现为解决上述问题提供了全新的途径。

目前，TiO₂纤维的制备方法主要有水热法，溶剂热法和溶胶-凝胶法等。水热和溶剂热法是TiO₂晶须的主要制备技术之一。晶须作为一种纳米、微米级短纤维材料在一定程度上大大提高了TiO₂的比表面积，有利于提高其光催化活性，但是在实际应用中仍然难以分离回收和再利用。TiO₂纤维，尤其是最近研制的TiO₂连续纤维可以有效突破上述光催化水处理实用化瓶颈。溶胶-凝胶法是TiO₂连续纤维的有效制备方法，此法得到的前驱体中钛含量高，纺丝性能好，烧结过程中产生的缺陷较少，经烧结致密化便可获得高强度的连续纤维。该法便于实现工业化放大与生产，因而有望发展成为最有工业化前景的TiO₂连续纤维的制备方法。

公开号为CN1584156的中国专利，采用溶胶-凝胶分步水解法成功制备了新型的掺硅TiO₂连续纤维。该法改进了传统的溶胶-凝胶法，通过干法纺丝得到前驱体短纤维或连续纤维，经特定的热处理后可选择性地获得TiO₂短纤维和连续纤维产物。所制备的TiO₂纤维由锐钛矿型纳米晶组成，具有比表面积大、形貌均一、分布均匀、晶型完整、热稳定性优异等特点，可将催化活性组分和基体组分完全融为一体，在不降低光催化活性的前提下，又具有形态上易分离的和耐水流冲击负荷的优势，使催化剂的回收再利用简单可行。然而，即便是优点诸多的TiO₂纤维，若不设计和采用适配的光催化装置优化其应用形式，也很难充分利用其形态优势，造成催化剂活性差和实际应用效率低等不良结果。

发明内容

本发明的目的就是为了解决目前TiO₂纤维在光催化水处理实际应用时无适配光催化装置，难以充分利用其形态优势，造成催化剂活性差和实际应用效率低，无法充分利用光能、在水流作用下易散乱，以致造成处理效果不稳、催化剂回收不便及使用寿命短等问题，提供一种具有方法简便，操作简单，催化效果好，回收方便等优点的纳米TiO₂纤维套筒的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种纳米TiO₂纤维套筒的制备方法，它的方法为，

1)先采用旋转甩丝法制备相互交错、疏密相间的三维TiO₂连续纤维前驱体；

2)经升温热处理活化工艺获得物理特性和光催化活性高的成品TiO₂纤维；

3)将其均匀铺展在内侧带有突刺的、半开启式网状套筒中，再将套筒闭合；