[发明专利]一种制备能够对空气进行有效净化的碳纤维布材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备能够对空气进行有效的净化的碳纤维布材料的方法，特别是提供了一种掺杂稀土元素的溶胶凝胶工艺，能够制备具有杀菌效用的锐钛矿型纳米二氧化钛薄膜，属于精细化工领域。

背景技术

随着我国城市化进程加快，城市人口密集程度急剧增加，人们经常处在狭小封闭的环境内生活、工作和娱乐，致使人们排出的废气长期滞留在室内，细菌不断滋生，室内空气污浊不堪。另一方面，城市工业污染及汽车尾气排放导致室外空气污染严重，这些含有大量细菌、粉尘的空气通过空调等途径进入室内，同样会对人体健康造成威胁。因此，空气净化(杀菌，滤尘)对人类生活环境的改善显得尤为重要。纳米TiO2可广泛用于污水处理、空气净化、催化剂及载体等领域。锐钛矿型纳米TiO2有很强的光催化活性，在紫外光作用下，具有很强的杀菌能力。当细菌吸附于纳米二氧化钛薄膜表面时，TiO2被紫外光激发后产生的活性超氧离子自由基(·O-2)和羟基自由基(·OH-)能穿透细菌的细胞壁，破坏细胞膜质，进入菌体，阻止成膜物质的传输，阻断其呼吸系统和电子传输系统，从而有效地杀灭细菌，并抑制细菌分解有机物产生臭味物质(如H2S、SO2、硫醇等)。此外，纳米TiO2通过光催化作用可将吸附于其表面的有害化学物质(例如装饰材料放出的甲醛及生活环境中产生的甲硫醇、硫化氢及氨气等)分解氧化，从而使空气中这些物质的浓度降低，减轻或消除环境不适感。

目前许多研究和专利均提及到纳米TiO2涂覆在各种基体物质上进行光催化杀菌的应用。这些基体主要有不锈钢(中国专利：CN101709464A)、多孔陶瓷和玻璃纤维布(中国专利：CN1467024A)、石英管(中国专利：CN101333077A)等，然而以上基体对空气中的粉尘和细菌的吸附性较差，且与TiO2涂层的结合不好，在实际应用中涂层较易脱落，从而导致杀菌效果变差，限制了它们的实际应用。活性碳纤维布(ACFC)比表面积大，吸附能力强，而且透气性能好，具有良好的空气粉尘过滤及吸附功能。将纳米TiO2涂覆在ACFC上，可以使ACFC最大限度的接受光的照射和滤过空气层，充分发挥TiO2的抗菌杀毒作用。另外，碳纤维布与纳米TiO2能够保持牢固的结合，因此，将纳米TiO2涂覆在活性碳纤维布表面，既能提高对空气粉尘和细菌的吸附性，又能保持基体与涂层的牢固结合，从而大大提高材料的杀菌效率和使用寿命。在活性碳纤维表面涂覆TiO2制备光催化网方面，目前虽有专利进行报道(中国专利：CN101579622A)，但该专利制备的纳米TiO2未经过稀土等元素掺杂等处理，致使其光催化效果不够理想。这是因为TiO2光催化薄膜带隙能量(3.2eV)较宽，原则上只能吸收波长短于387nm的紫外光，光响应范围较窄，光生电子和空穴容易复合，光量子效率较低，限制了TiO2光催化膜材料的实际应用和发展。然而稀土元素具有不完全的4f轨道和5d轨道，具有易产生多电子组态、多晶型、热稳定性好等优点，适量的稀土元素掺杂TiO2有利于光生电子和空穴的分离，提高其离子效率。同时，掺杂稀土元素后，TiO2吸收带也会发生红移，又可使其吸收光范围向可见光区拓展，这两种效应均可提高TiO2的光催化活性。另外适量的稀土掺杂TiO2可以在其表面引入缺陷位置成为电子或缺陷的陷阱，减少电子和空穴的复合，表面的亲水性能也得到了改善。因此，稀土离子掺杂效应可以改进TiO2薄膜在光照下的光催化活性。目前已经有许多文献或专利关于TiO2中掺杂稀土元素的报道(中国专利：CN101721990，CN101716519)，但稀土掺杂改性的纳米TiO2在活性碳纤维布上的涂覆仍未见诸报道。

本发明是在上述研究现状与背景下，开发一种成本低、工艺简单的负载TiO2的方法，得到负载有TiO2的活性碳纤维布，并通过掺杂稀土元素来改性TiO2，将其应用于室内空气净化，取得了很好的效果。

发明内容：

本发明的目的是：提供一种TiO2光催化剂在活性碳纤维布表面负载的方法。得到一种具有负载均匀、质量稳定、成本低、空气净化效果好的碳纤维布。该方法不仅工艺简单，操作安全，而且环境污染物排放量小。

该发明主要包括溶胶液的配制、溶胶的凝胶化、碳纤维布的热处理。具体步骤如下：