[发明专利]二氧化钛-多壁纳米碳管-聚二甲基硅氧烷复合功能材料及其制备方法和应用方法

说明书

本发明申请公开了一种二氧化钛‑多壁纳米碳管‑聚二甲基硅氧烷复合功能材料，它是以聚二甲基硅氧烷为基底，与二氧化钛‑多壁纳米碳管干粉制备而成的微球，它能够快速地收集污水中污染物并高效降解有机污染物。本发明申请还公开了二氧化钛‑多壁纳米碳管‑聚二甲基硅氧烷复合功能材料的制备方法和应用方法，具体应用于污水处理技术领域。

技术领域

本发明涉及功能材料领域，具体涉及一种二氧化钛-多壁纳米碳管-聚二甲基硅氧烷复合功能材料及其制备方法；本发明还涉及污水处理技术领域，具体涉及一种二氧化钛-多壁纳米碳管-聚二甲基硅氧烷复合功能材料的应用方法。

背景技术

二氧化钛作为一种半导体材料，具有无毒无害，氧化能力强、催化活性高、稳定性好等显著特点，近年来在对有害物质的光催化降解中得到了广泛的应用。当使用波长小于或等于388nm的紫外光照射二氧化钛时，会将电子从价带激发到导带上形成带负电的高活性电子(e^-)和与之对应的空穴(h⁺)，并向TiO₂粒子表面迁移(能量大于等于禁带宽度或称带隙)。高活性电子具有还原性，在导带中可与氧分子反应生成超氧化物自由基(O₂·^-)。而光生空穴具有强氧化性，可将材料附近吸附的水或氢氧根离子氧化生成羟基自由基(OH·)。随后上述自由基可参与污染物的氧化还原反应，将这些化学键破坏并最终将污染物矿化生成二氧化碳和水。而羟基自由基是强氧化剂，因其拥有的反应能大大高于有机物中各种化学键能，可达到降解各类有机物的效果，因此羟基自由基对光催化氧化起着决定性的作用。光催化氧化和降解的具体机理如下：

TiO₂+hv→e^-+h⁺

h⁺+OH^-→OH·

O₂+e^-→O₂·^-

OH·+RH→R·+H₂O

然而，单独应用二氧化钛作为光催化氧化剂会面临如下问题：由于光生空穴和电子迁移过程中很容易重新结合，这使得到达表面的数量减少，因此降低了光催化效率。

CN102151561A公开了一种纳米碳管负载二氧化钛的光催化剂，是在纳米碳管的外表面附着有纳米二氧化钛。CN102151561A还公开了纳米碳管负载二氧化钛的光催化剂的制备方法，包括以下步骤：(1)使用体积比为1∶3的硫酸和硝酸，对多壁纳米碳管进行酸化处理；(2)将酸化处理后的纳米碳管分散在溶剂中，后加入二氧化钛前驱体进行水解反应以生成纳米二氧化钛，并使纳米二氧化钛附着在纳米碳管的表面；水解以酸为催化剂；(3)将附着有二氧化钛的纳米碳进行高温处理，使二氧化钛的晶型转变为锐钛矿型，即得。

CN102151561A提供的上述纳米碳管负载二氧化钛的光催化剂，能够应用于水体污染处理技术领域，紫外光照降解有机污染物。但是上述光催化剂为纳米级别，应用时二氧化钛接触有机污染物的空间有限，需要增加二氧化钛的浓度或者外加搅拌装置使污水流动来接触更多的有机污染物，所以应用成本提高、工作强度增大、收集降解有机污染物的速度缓慢；而且纳米材料很难实现材料的回收，无法二次利用。上述制备方法的酸化处理中硝酸用量大、酸性大，进而增加成本和危险性；上述光催化剂可应用于降解有机污染物尤其适合于氯代有机物、多环芳烃，但是水体需要在碱性条件才能降解。所以目前缺乏一种易回收、能再利用的用于污水处理的功能材料，还缺乏操作简单、生产安全、成本低廉的用于污水处理的功能材料制备方法，在污水处理的应用方面也没有达到快速收集降解有机污染物的效果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种易回收再利用的二氧化钛-多壁纳米碳管-聚二甲基硅氧烷复合功能材料，能够快速地收集污水中污染物并高效降解有机污染物。