[发明专利]一种碳纤维负载二氧化钛光催化材料及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种碳纤维负载二氧化钛光催化材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

（1）将酯类钛源与无水醇溶液混合得到溶液A，将无水醇溶液、酸液、水与过量的稀土元素溶液混合得到溶液B，在搅拌的条件下将溶液A逐滴加入溶液B中，滴加完成后持续搅拌，得到掺杂TiO₂溶胶，将掺杂TiO₂溶胶烘干、研磨、燃烧后制得掺杂后的TiO₂粉末；

（2）将碳纤维放入浓硝酸中，进行油浴处理，然后将碳纤维取出冷却、清洗、烘干后备用；

（3）将无水醇溶液、水与过量的稀土元素溶液混合均匀后得到溶液C，调节溶液C的pH值，将步骤（1）中得到的掺杂后的TiO₂粉末加入到溶液C中，将酯类钛源缓慢的加入到无水醇溶液中得到溶液D，将步骤（2）中的烘干后的碳纤维浸泡在溶液C中，在搅拌的条件下向溶液C中缓慢滴加溶液D，滴加完成后持续搅拌，然后取出碳纤维并沥去其表面的溶胶，经烘干、洗涤、煅烧后得到所述的光催化材料；

所述的步骤（1）中的稀土元素溶液中的稀土元素与所述的步骤（3）中的稀土元素溶液中的稀土元素相同或不同。

2.根据权利要求1所述的碳纤维负载二氧化钛光催化材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤（1）中的掺杂后的TiO₂粉末中的稀土元素含量为0.05%-0.2%；所述的步骤（1）中的酯类钛源与无水醇溶液的体积比为1:5-20；所述的步骤（1）中的无水醇溶液、水的体积比为5-3:1；所述的步骤（1）中的无水醇溶液为无水乙醇、无水丙醇、无水丁醇或无水戊醇中的至少一种；所述的步骤（1）中的酸液为冰醋酸、稀盐酸或稀硝酸中的至少一种；所述的步骤（1）中的溶液B的pH值为3-4；所述的步骤（1）中的持续搅拌步骤的时间为0.5-2h；所述的步骤（1）中的搅拌步骤采用磁力搅拌或超声；所述的步骤（1）中的持续搅拌步骤采用磁力搅拌或超声。

3.根据权利要求1所述的碳纤维负载二氧化钛光催化材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤（1）中的稀土元素溶液中含有镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钇或钪中的至少一种；所述的步骤（1）中的酯类钛源为钛酸四丁酯、钛酸四异丙酯。

4.根据权利要求1所述的碳纤维负载二氧化钛光催化材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤（2）中的油浴步骤的温度为110-130℃，时间为3-5小时；所述的清洗步骤的清洗液的pH值大于6；所述的烘干步骤的温度为80-120℃，时间为6-24h。

5.根据权利要求1所述的碳纤维负载二氧化钛光催化材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤（3）中的无水醇溶液与水的体积比为2-4:1；所述的溶液C的pH值为3-4。

6.根据权利要求1所述的碳纤维负载二氧化钛光催化材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤（3）中的酯类钛源与无水醇溶液的体积比为1:5-20；所述的搅拌步骤采用磁力搅拌或超声；所述的持续搅拌步骤的时间为1-3小时；所述的持续搅拌步骤采用磁力搅拌或超声；所述的滴加步骤的时间为30-60min；所述的步骤（3）中的烘干步骤的温度为80-100℃；所述的煅烧步骤的温度为350-800℃，时间为2-4小时。

7.根据权利要求1所述的碳纤维负载二氧化钛光催化材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤（3）中的稀土元素溶液中含有镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钇或钪中的至少一种；所述的步骤（3）中的酯类钛源为钛酸四丁酯、钛酸四异丙酯；所述的步骤（3）中的无水醇溶液为无水乙醇、无水丙醇、无水丁醇或无水戊醇中的至少一种。

8.一种碳纤维负载二氧化钛光催化材料，其特征在于：所述的光催化材料由权利要求1-7中任一项所述的方法制成。

9.一种权利要求8所述的碳纤维负载二氧化钛光催化材料的应用，其特征在于：所述的光催化材料在废水处理中的应用。