[发明专利]一种CFs@TiC/TiO2

说明书

本发明公开了一种CFs@TiC/TiO₂复合材料及其制备方法和应用，所述CFs@TiC/TiO₂复合材料的制备过程为：(1)碳纤维(CFs)为碳原料，利用索氏抽提法对碳纤维进行除胶处理，获得单根分散的纤维；(2)利用氢化钛为钛熔盐法在碳纤维表面生长多孔碳化钛；(3)使用氢氧化钾水热法将碳纤维表面生长的碳化钛部分转化为钛酸钾纳米片；(4)经过酸处理和热处理，获得CFs@TiC/TiO₂复合功能材料。本发明工艺简单，材料结构易于调控，所制备的复合材料性能优良，便于产业化生产和工程化应用。

技术领域

本发明涉及一种CFs@TiC/TiO₂复合材料及其制备方法和应用，属于复合材料制备技术领域。

背景技术

碳纤维有望成为良好的催化剂载体材料，这得力于它有着良好的化学稳定性和优良的力学性能。良好的化学稳定性可以使其在比较极端的化学环境如酸碱盐下长期使用，良好的力学性能和柔韧性让其能够较好的承载催化剂。但碳纤维表面的惰性让它的应用受到一定的限制，特别是催化剂的负载使用方面，显得更加的突出。

随着工业废水和有机废水的排放，人类健康和生活环境遭到污染与破坏，科学技术的进步和能源的需求，太阳能作为一种可再生能源被广泛的关注，利用太阳能光催化降解有机废水是一种很好的办法。

二氧化钛作为一种半导体用于光催化因为在紫外光照射下可以分解水而被发现，之后很多的研究发现，二氧化钛粉体表面的空穴可以活化水中的氧和空气中的氧，形成具有活性的氧类物质，这些物质可以氧化有机物而被广发的关注和研究，可遗憾的是，一方面，二氧化钛纳米粉体作为催化剂分散于液体中，无可避免的会发生团聚或二次团聚，大大的降低了二氧化钛的催化活性。另一方面，分散在溶液中纳米颗粒难以回收和再利用。

目前，二氧化钛负载在一些载体上使用来克服团聚和回收再利用的难题。研究较多的纳米二氧化钛的载体主要有：二氧化硅、三氧化二铝、陶瓷、石英玻璃、活性炭，天然的矿物质和有机高分子聚合物等等。对于使用碳纤维作为载体的报道较少，这主要原因是：1.碳纤维表面呈乱层石墨结构，表面光滑且呈惰性，与催化剂之间无法实现良好的润湿与结合，负载催化剂时容易脱落。2.碳纤维表面积不够大，与催化降解的有机溶剂的接触面积不够。

在碳纤维上引入纳米二氧化钛主要的方法：通过活化纤维表面进行化学改性，常通过化学处理手段来完成，如使用浓硫酸、硝酸或氢氟酸，使其表面氧化出羟基、羧基或刻蚀，为化学改性接枝提供条件，但经过系列化学的处理会引入毒性有机溶剂，造成了严重的环境污染，另外纤维的表层稳定的结构需要在极端的条件下被活化，纤维本身强度和性能也会遭到破坏；也可以化学气相沉积、表面喷涂、溶胶-凝胶来引入纳米二氧化钛，这些方法有些复杂，需要专业的设备，且在表面的固定也不牢固。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的第一个目的在于提供一种具有优异催化性能的CFs@TiC/TiO₂复合材料。

本发明的第二个目的在于提供一种CFs@TiC/TiO₂复合材料的制备方法。

本发明的第三个目的在于提供一种CFs@TiC/TiO₂复合材料的应用。

本发明一种CFs@TiC/TiO₂复合材料，由内向外的结构为：碳纤维为核心材料，包覆碳纤维的TiC中间层，包覆TiC的TiO₂纳米片。

本发明所提供的复合材料，含有碳化钛过渡层，既可以与纤维有较强的结合力，有效地防止膜层的脱落，也可以作为生成二氧化钛的原料，让二氧化钛纳米片和线条均匀的分布，避免使用过程中的二次团聚，让其催化性能得到有效的发挥。

优选的方案，所述TiC中间层为多孔结构。多孔的碳化钛大大提高了二氧化钛的附着力，同时使得复合材料的比表面积提高，使催化性能得以良好的发挥。