[发明专利]一种多尺度纳微米氧化铝纤维光催化剂载体的制备方法

说明书

本发明涉及一种多尺度纳微米氧化铝纤维光催化剂载体的制备方法，其特征包括：1.溶胶凝胶纺丝液的配制；2.氧化铝初生纤维的制备；3.高温煅烧三个步骤。本发明制备的多尺度纳微米氧化铝纤维是一种比表面积大、活性位点多以及吸附效果好的光催化剂载体材料。此外，该氧化铝纤维材料还可广泛应用在航空航天、保温隔热、高温过滤等领域。

技术领域

本发明涉及一种仿生纤维的制备方法技术领域，具体涉及溶胶凝胶方法制备一种多尺度纳微米氧化铝纤维光催化剂载体的方法。

背景技术

水污染是世界各国面临的严重问题。其中染料废水具有水量大、有机污染物含量高、水质变化大等特点，属于难处理的工业废水种类。半导体光催化降解有机污染物是目前解决染料废水行之有效的方法之一，特别是负载型光催化剂具有有机污染物矿化程度高、反应后易于水体分离等优点，已成为近年来学术界的研究热点。光催化剂和载体是负载型光催化剂的两个关键部分。其中载体材料对催化剂性能和染料降解效果作用明显，已成为制约高活性、长寿命负载型半导体光催化剂的瓶颈因素之一。

早期使用的载体材料多为颗粒状，如沸石、活性炭、蒙脱土、γ-氧化铝颗粒等，它们对有机物染料具有优异的吸附和催化性能，但在使用过程中容易团聚造成催化剂失活，且使用后不易与水体分离，造成二次污染。与此对应，纤维状载体材料反应后仍可保持原有形态，无需过滤便可与水体分离，特别是高性能的无机氧化铝纤维载体材料，由于具有耐高温、耐化学腐蚀等特性可用于处理某些极端环境下的染料废水而备受关注。

氧化铝纤维是一种高性能的无机纤维，其主要成分为三氧化二铝(Al₂O₃)，并含有少量的SiO₂、MgO等成分。氧化铝纤维具有超常的耐热性、极低的热导率和优异的化学稳定性，在航空航天、高温绝热及催化剂载体等领域有着广泛应用。专利ZL 200510014999.6介绍了一种负载型钯催化剂和制备方法及其应用，以纳米氧化铝纤维作为载体，负载0.1wt％-1wt％的活性组分钯，并将该高分散负载型钯催化剂用于蒽醌加氢制备双氧水，取得较高氢化效果，且反应条件相对温和，适宜工业放大生产。李磊等人以静电溶液喷射方法经高温煅烧后得到了连续性较好的氧化铝纳微米纤维，通过浸渍焙烧在其表面负载氧化铁后用于光催化降解有机染料，降解效果明显[李磊，程博闻，康卫民，马晓光，庄旭品.静电溶液喷射Fe₂O₃/Al₂O₃超细纤维负载型光催化剂的制备及催化性能研究[J].材料导报，2018，32(02)：207-212]。然而现有文献和专利报道的用作催化剂载体的氧化铝纤维多为常规实心结构，其较小的比表面积限制了催化效果的提升，对于具有异形结构的多尺度纳微米氧化铝纤维载体材料的制备却鲜有报道。

发明内容

针对现有问题，本发明拟解决的技术问题是提供一种多尺度纳微米氧化铝纤维光催化剂载体的制备方法，采用该发明的技术方案能够制备出一种具有仿生结构的多尺度纳微米氧化铝纤维，从而具有比表面积大、活性位点多以及吸附效果好等特性，可有效提升光催化剂的负载量。本发明所制备的仿生结构多尺度纳微米氧化铝纤维在催化剂载体、复合材料增强、航空航天、高温过滤等领域具有广阔的应用前景。

本发明提供一种一种多尺度纳微米氧化铝纤维光催化剂载体的制备方法，其特征包括如下步骤：

(1)溶胶凝胶纺丝液的配制：将结晶氯化铝溶解于去离子水中，制备得到质量分数为20-25％的氯化铝水溶液，随后在搅拌条件下加入硅溶胶和PVA纺丝助剂，其中硅溶胶与结晶氯化铝的质量比为1∶10，PVA与结晶氯化铝的质量比为1∶30，然后在60-75℃氛围下浓缩；继续搅拌并缓慢滴加一定量的PTFE乳液，在25-35℃下充分搅拌后得到乳白色的稳定的溶胶凝胶纺丝液。

(2)氧化铝初生纤维的制备：采用上一步制得的溶胶凝胶纺丝液进行静电纺丝，得到氧化铝初生纤维，随后将其在60-80℃的条件下干燥3-6h。