[发明专利]一种改性TiO2

说明书

本发明涉及空气污染处理领域，且公开了一种改性TiO₂负载活性多孔碳纤维的光催化材料，将多孔碳纤维用浓硝酸进行氧化改性，使活性炭纤维表面具有大量的氧官能团，这些活性基团对甲醛具有很好的化学吸附活性，提高了光催化材料的吸附效率，以氟化钠为腐蚀剂，形成多孔结构，增加了纳米TiO₂的比表面积，通过在纳米TiO₂中掺杂Yb元素，使晶格发生畸变，并且形成杂质能级，降低了TiO₂的禁带宽度，降低了光生电子‑空穴的复合率，提高了光催化降解甲醛性能，并且活性碳纤维搭载介孔TiO₂结构，将活性碳纤维的吸附效果与TiO₂的光催化作用达到协同作用，具有吸附和光催化降解甲醛的双功能效果。

技术领域

本发明涉及空气污染处理领域，具体为一种改性TiO₂负载活性多孔碳纤维的光催化材料及制备方法。

背景技术

甲醛作为室内主要的空气污染物之一，对鼻腔、呼吸道等组织都有很强的刺激性，同时具有强致癌性，即使在较低的浓度下，长时间的处于甲醛污染的室内环境中也会给人体带来非常严重的损害，因此，室内甲醛净化一直是人们关注的热点，目前常见的室内甲醛净化方法主要有吸附法与非均项催化法，但是常规活性炭吸附选择性较差，而过度金属催化剂等催化剂虽然降解效率高，通常需要热源，限制了其广泛应用，而纳米多孔材料，凭借其特殊的多孔结构，在甲醛净化中具有非常大潜在的优势。

二氧化钛作为典型的光催化材料，具有氧化性强，无毒无害，化学性质稳定等优点，在光催化降解甲醛具有广泛的应用，但是TiO₂受光激发产生的光生电子和空穴极易复合，影响了其光催化性能，导致其量子效率不高，光催化活性较低，目前可以通过掺杂元素引入空位缺陷等方法，提高二氧化钛的光催化活性，并且可以将二氧化钛与多孔吸附材料进行结合，得到具有吸附和光催化降解甲醛的双功能材料，更好地应用于甲醛的吸附和降解治理中。

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种改性TiO₂负载活性多孔碳纤维的光催化材料及制备方法，解决了多孔碳基材料对甲醛选择性吸附性较差的问题，同时解决了传统的二氧化钛对甲醛的光催化降解性能不高的问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种改性TiO₂负载活性多孔碳纤维的光催化材料制备方法包括以下步骤：

(1)将聚丙烯腈纤维于气氛炉中，在空气氛围中250-300℃中，预氧化30-60min，然后在氮气氛围中，升温至700-800℃下煅烧，得到聚丙烯腈基活性碳纤维，再在浓硝酸中处理，过滤洗涤并干燥，得到氧化改性的活性碳纤维；

(2)将乙醇溶剂中加入钛酸四丁酯和冰醋酸，进行水解，再加入硝酸镱的水溶液，于聚四氟乙烯反应釜内进行水热反应，在120-160℃的温度下，水热反应10-14h，再进行离心分离，洗涤烘干，研磨成粉，置于气氛炉中，空气氛围中，升温至400-600℃下，煅烧2-4h，得到Yb掺杂纳米TiO₂；

(3)向蒸馏水中加入Yb掺杂纳米TiO₂和聚乙烯吡洛烷酮，搅拌均匀后加入氟化钠，将溶液在聚四氟乙烯反应釜中，在100-130℃反应4-6h，洗涤干燥后，固体产物置于气氛炉中，空气氛围中，升温至300-400℃温度煅烧3-5h得到Yb掺杂多孔纳米TiO₂；

(4)向蒸馏水溶剂中加入Yb掺杂多孔纳米TiO₂和活性碳纤维，超声分散均匀后，匀速搅拌12-24h，真空干燥除去溶剂，制备得到改性TiO₂负载活性多孔碳纤维的光催化材料。

优选的，步骤(1)中浓硝酸浓度为55-75％，处理时间为20-30h。