[发明专利]负载二氧化钛颗粒的三维有序大孔炭制备方法及应用方法

说明书

技术领域

本发明属于一种污水处理炭基光催化复合材料的制备与应用方法，具体地说涉及一种用于环境污染控制领域处理含有机污染物废水的负载二氧化钛颗粒的三维有序大孔炭制备方法及应用方法。

背景技术

在环境污染控制领域，水污染的治理与防治一直是人类社会面临的重大课题之一。现代工业的迅速发展的同时，也产生了大孔的工业废水，其中含有大量的有机污染物，这些有机废水若不经过适当处理大量排放，会造成现有水资源的大量污染和水资源的大量浪费。目前光催化氧化技术是处理废水一种常用方法，其中二氧化钛是最为常用的光催化剂，其主要机理是在波长小于387nm的光线照射下，光生电子空穴被激发，可以夺取颗粒表面被吸附物质或溶剂中的电子，TiO₂通常与周围的H2O和OH^-反应生成的羟基自由基(·OH)、超氧离子自由基(·O₂^-)等强氧化性基团，能够将各种有机物氧化成CO₂和水等无毒无害的小分子，从而实现降解有机废水的目的。若以纳米级TiO₂颗粒直接作为光催化剂使用，尽管具有良好的降解效果，但其不易与反应体系分离，特别流体反应体系，回收使用更加困难，因此将其负载到各种载体上，以使其有利于回收使用得到了广泛的研究。目前所用载体主要为微孔、中孔载体，如活性炭纤维、活性炭以及中孔炭等，TiO₂颗粒通常负载在孔的表面上，尽管可以在一定程度上提高催化剂的利用率，但TiO₂颗粒与与载体的连接并不十分牢固，在流体反应体系中由于碰撞和剧烈接触，TiO₂颗粒很容易从载体表面脱落。因此，将TiO₂负载到新型的载体上成为光催化技术研究的热点问题。TiO₂在适宜的载体材料上固定，利用搅拌、鼓泡等方法与反应溶液中的目标污染物充分接触，达到提高光催化反应效率的目的。

三维有序大孔炭(Three-dimensional ordered macroporous carbon)是二十世纪末刚刚发展起来的一种新型炭质多孔材料，具有均一的大孔结构和宽阔的孔道，是一种理想的载体材料。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术所存在的缺陷，提供一种采用三维有序大孔炭作为二氧化钛的载体，来替代以往研究中的活性炭材料的负载二氧化钛颗粒的三维有序大孔炭制备方法及应用方法。

本发明是通过如下技术方案来实现的：

本发明以自制的三维有序大孔炭材料作为二氧化钛的载体，将制备好的二氧化钛溶胶在毛细作用下和超声分散双重作用下渗透到大孔内部，然后在氮气保护下经高温处理在大孔炭内部实现二氧化钛溶胶向二氧化钛颗粒的转化，完成二氧化钛在三维有序大孔炭内的负载。

具体制备方法如下：

负载二氧化钛颗粒的三维有序大孔炭制备方法是：(1)将制备好的二氧化钛溶胶溶液置于温度10-30℃下陈化5—10天后待用；(2)将三维有序大孔炭在110-150℃条件下干燥处理2-6小时后取出，加入到已陈化好的二氧化钛溶胶溶液中，在20KHz-40KHz超声频率下分散5-30分钟，填充饱和后真空抽滤除去多余的二氧化钛溶胶，然后将填充好的三维有序大孔炭在60-90℃下恒温干燥处理2—4小时，制得一次复合材料；(3)将步骤(2)所得的干燥后一次复合材料，加入到已陈化好的二氧化钛溶胶溶液中，在20KHz-40KHz超声频率下分散5-30分钟，填充饱和后真空抽滤除去多余的二氧化钛溶胶，然后将填充好的三维有序大孔炭在60-90℃下恒温干燥处理2—4小时，制得二次复合材料；如此反复多次，提高二氧化钛前驱体对三维有序大孔炭的填充量；(4)将载有二氧化钛前驱体的三维有序大孔炭放入管式炭化炉中进行煅烧处理，处理条件为：升温速率为1-5℃/min，惰性气体保护流量为10-50mL/min，升温到450-550℃，保持恒温时间1.5-3小时，在惰性气体保护下冷却后制得负载二氧化钛颗粒的三维有序大孔炭。

步骤(1)中的二氧化钛溶胶溶液是在温度10-30℃下，将钛酸四丁酯与冰醋酸、乙醇和蒸馏水配成溶胶溶液，其中钛酸四丁酯浓度为0.2—1.2M。二氧化钛溶胶的具体.制备方法是：在温度10-30℃下，将10-40mL的钛酸四正丁酯加入到40-70mL的无水乙醇中，搅拌30-60min，得到透明均匀的浅黄色溶液①；将20-40mL的无水乙醇、10-20mL冰醋酸、5-20mL蒸馏水充分混合制得溶液②；在温度10-30℃且不停搅拌下，在将溶液②缓慢加到溶液①中，得到均匀透明的二氧化钛溶胶。