[发明专利]多孔无机陶瓷膜-碳纳米管-TiO2光触媒复合材料及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明属于光催化材料领域，具体涉及一种多孔无机陶瓷膜-碳纳米管-TiO₂光触媒复合材料及其制备方法。

背景技术：

随着现代工农业的迅猛发展，产生了大量污染物，且大部分以废水的形式排放到环境中去，造成了严重的水污染和土壤污染，并威胁到人类社会的可持续发展。多年来，研究人员采用了包括生物处理、化学处理、热处理等废水处理方法来处理废水，但这些处理方法费用高，同时还都存在一定的局限性。20世纪70年代以来，出现了一种新型的污水处理技术—光催化污水处理技术，该技术以其独特的优点，有望替代常规环境污染治理技术，用于水体的净化。其中，TiO₂以其化学性质稳定、抗磨损、价格低廉和良好的紫外光降解活性等优点成为国内外最活跃的研究领域之一。

然而，由于TiO₂上光生载流子复合快，导致光量子效率低。同时，TiO₂能隙宽(≈3.2 eV)，致使其只能为紫外光激发，使得太阳能利用受到限制。为此，科技工作者尝试了多种手段以克服上述缺陷，较多地致力于TiO₂的掺杂修饰，如贵金属沉积、与其它半导体材料的复合、染料的表面光敏化、金属和非金属掺杂改性等。碳纳米管（carbon nanotubes, CNTs）自发现以来，其独特的理化性能使其在众多领域如储氢、导电材料、吸附剂及复合材料等领域具有广泛的应用。因此，将碳纳米管与TiO₂复合，利用碳纳米管提供的大比表面和电荷传输性能，可显著改善TiO₂的光催化性能。

此外，单纯的TiO₂作为催化剂，污水中的有机物在其表面浓度低，传质速率低也影响了其催化效率。多孔无机陶瓷膜作为新型分离介质具有耐高温、耐腐蚀、耐清洗、机械强度大、结构稳定不变形、寿命长等突出优点，可弥补有机高分子膜的某些不足而获得了迅速的发展。目前，多孔无机陶瓷膜已在食品饮料、医药卫生、冶金化工、污水处理和生物技术等方面得到广泛应用。将TiO₂负载于多孔无机陶瓷膜的表面，多孔无机陶瓷膜以其极大的比表面积以及孔隙率，可促进其表面的传质过程，加快表面吸附反应，进而达到富集有机物的目的，从而增加TiO₂的催化效率。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有光触媒催化剂的缺陷，提供一种新型的多孔无机陶瓷膜-碳纳米管-TiO₂光触媒复合材料，利用所述的复合材料中含有的多孔无机陶瓷膜的富集吸附作用与碳纳米管独特的电荷传输性能，提供一种催化效率高、耐腐蚀、耐清洗、机械强度大、结构稳定不变形和使用寿命长的光触媒复合催化剂及其制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明以多孔无机陶瓷膜为载体，将碳纳米管-TiO₂复合物负载于载体表面形成多孔无机陶瓷膜-碳纳米管-TiO₂光触媒复合材料。在该光触媒复合材料中，多孔无机陶瓷膜在所述的光触媒复合材料中的质量百分比为50%~80%，碳纳米管-TiO₂复合物在所述的光触媒复合材料中的质量百分比为20%~50%；在所述的碳纳米管-TiO₂复合物中，碳纳米管在碳纳米管-TiO₂复合物中的质量百分比为3%~5%，TiO₂在碳纳米管-TiO₂复合物中的质量百分比为95%~97%。

上述的多孔无机陶瓷膜-碳纳米管-TiO₂光触媒复合材料的具体制备步骤为：

（1）多孔无机陶瓷膜的制备：

将主要成分为SiO₂、Al₂O₃、CaO、MgO、TiO₂、K₂O、Na₂O的煤渣研磨均匀；然后向前述的煤渣研磨物中加入粒径为0.02 mm的发泡剂；再采用半干法在成型压力为38 MPa的条件下将前述的发泡剂和煤渣的混合物压模成型，压制成薄片；将压制的薄片在马弗炉中1100℃下煅烧2 h即获得粉煤灰基多孔无机陶瓷片；然后将粉煤灰基多孔无机陶瓷片研磨得到所述的多孔无机陶瓷膜；

（2）碳纳米管-TiO₂复合材料的制备：