[发明专利]一种环境催化用弹性TiO2陶瓷纤维海绵及其制备方法

权利要求书

1.一种环境催化用弹性TiO₂陶瓷纤维海绵的制备方法，其特征是，步骤如下：

（1）配制粘性分散液，所述粘性分散液由水溶性高分子、水和无机溶胶组成；

（2）加入TiO₂陶瓷纤维膜后进行间歇式打浆并加入聚电解质得到TiO₂陶瓷纤维分散液，所述TiO₂陶瓷纤维膜的柔软度为5~20mN，拉伸断裂强度为3~5MPa；所述间歇式打浆是指分阶段先后进行高速打浆和低速打浆，并在每阶段结束后进行间歇静置，所述高速打浆的打浆速度为1000~10000r/min，所述低速打浆的打浆速度为100~1000r/min；所述聚电解质是在高速打浆结束后进行间歇静置时加入的；

（3）固化成型得到环境催化用弹性TiO₂陶瓷纤维海绵；

所述水溶性高分子为聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚乙烯醇、聚氧化乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、羧甲基纤维素、甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟甲基羟乙基纤维素或明胶。

2.根据权利要求1所述的一种环境催化用弹性TiO₂陶瓷纤维海绵的制备方法，其特征在于，所述配制粘性分散液的具体操作为：将水溶性高分子溶解在水中搅拌120~480min后加入无机溶胶搅拌30~120min。

3.根据权利要求1所述的一种环境催化用弹性TiO₂陶瓷纤维海绵的制备方法，其特征在于，所述粘性分散液中水溶性高分子的含量为0.01~10wt%，无机溶胶的含量为0.01~5wt%。

4.根据权利要求3所述的一种环境催化用弹性TiO₂陶瓷纤维海绵的制备方法，其特征在于，所述无机溶胶为钛溶胶、硅溶胶和锆溶胶中的一种以上。

5.根据权利要求1所述的一种环境催化用弹性TiO₂陶瓷纤维海绵的制备方法，其特征在于，所述TiO₂陶瓷纤维膜中纤维的平均直径为10~500nm，且相对偏差为1~5%；

所述TiO₂陶瓷纤维膜的晶型结构为锐钛矿型，且纤维内部晶粒尺寸为5~50nm；

所述聚电解质为聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚苯乙烯磺酸、聚乙烯磺酸或聚乙烯磷酸；

所述聚电解质的加入量为TiO₂陶瓷纤维膜质量的0.01~5%；

所述TiO₂陶瓷纤维分散液中TiO₂陶瓷纤维的质量分数为0.01~50%；

所述TiO₂陶瓷纤维分散液中纤维的长径比为100~10000。

6.根据权利要求5所述的一种环境催化用弹性TiO₂陶瓷纤维海绵的制备方法，其特征在于，所述间歇式打浆分为两个阶段，第一阶段为高速打浆，打浆次数1~5次，打浆时间为0.1~5min，间歇静置时间为0.1~10min；第二阶段为低速打浆，打浆次数2~10次，打浆时间为0.1~2min，间歇静置时间为0.1~5min。

7.根据权利要求1所述的一种环境催化用弹性TiO₂陶瓷纤维海绵的制备方法，其特征在于，所述固化成型包括冷冻、干燥和高温煅烧。

8.采用如权利要求1~7任一项所述的制备方法制得的环境催化用弹性TiO₂陶瓷纤维海绵，其特征是：为多级网孔结构，环境催化用弹性TiO₂陶瓷纤维海绵的厚度为5~30mm，体积密度为0.1~10mg/cm³，孔隙率为90~99%，比表面积为500~1000m²/g，压缩应力小于5KPa，100次压缩后塑性形变小于25%，环境催化用弹性TiO₂陶瓷纤维海绵中交错点处的纤维通过化学键连接；

在功率为24W、波长为254nm的紫外光照射下，其在30min内对浓度为10mg/L的亚甲基蓝溶液的降解率为90~95%，较商用催化剂P25提高了5~10%；

在功率为30W、波长为420nm的蓝光LED照射下，其在90min内对浓度为10mg/L的亚甲基蓝溶液的降解率为90~95%，较商用催化剂P25提高了85~90%；

在功率为24W、波长为254nm的紫外光照射下，其在30min内对浓度为1mg/m³的甲醛气体的降解率为90~95%，较商用催化剂P25提高了10~15%；

在2000m³/h的气体流量条件下，其对一次性通过的初始浓度为400ppm的NO_x去除率为95~99%，比商用蜂窝式催化剂提高了5%~9%。