[发明专利]一种二氧化钛/碳纳米管复合纤维及其制备方法

说明书

本发明涉及一种二氧化钛/碳纳米管复合纤维及其制备方法，该方法包括以下步骤：将催化剂、助催化剂和有机溶剂配制得到碳源溶液，并将钛源溶解在碳源溶液中，得到钛源/碳源混合溶液；将反应器升至反应温度，并在反应器内持续通入载气和反应气；将钛源/碳源混合溶液注入反应器中，发生高温裂解反应，冷却后，收集得到二氧化钛/碳纳米管复合纤维。与现有技术相比，本发明采用原位合成的办法，解决了传统浸涂法中二氧化钛和碳纳米管之间连接不紧密、电子传输效率低导致光催化活性低的问题，同时改善了水热法不可连续制备、产物收集困难的问题。

技术领域

本发明涉及纳米材料制备技术领域，具体涉及一种二氧化钛/碳纳米管复合纤维及其制备方法。

背景技术

随着能源短缺和环境污染问题日益严重，污水处理逐渐成为城市发展过程中日益沉重的负担。传统的化学处理和电化学处理法耗能严重且并且不环保，有可能带来二次污染。因此，光催化作为一种环保廉价的手段，逐渐被科学家们青睐。通过光生载流子的反应活性对污染物进行降解，产物通常为无机小分子，从而达到环保处理的效果。二氧化钛作为一种带隙宽度适中的无机物，在接受日光后产生的活泼电子足以将污水中的常见有机物如苯酚等降解，但是二氧化钛的电子-空穴分离效率比较低，在没有其他材料的帮助下很难有较高的分解效率。

目前已有研究将二氧化钛复合在碳纳米管上以增强整体光催化效果(S.Mallakpour,E.Khadem/Chemical Engineering Journal 302(2016)344-367)。通过利用二氧化钛和碳纳米管的界面接触促使电子-空穴产生有效分离，提高了催化活性。然而，当前的成果一般采用涂覆法或水热法将二氧化钛吸附或生长在碳纳米管表面，二氧化钛负载率低，颗粒与碳纳米管之间的电子传输效率仍然有限。并且，这些方法不能连续化生产，实际使用中材料的生产成本很高，很难真正推广使用。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的在二氧化钛/碳纳米管复合纤维中二氧化钛颗粒与碳纳米管之间电子传输效率低、二氧化钛负载率低、并且不能连续化生产、制造成本高等缺陷中的至少一个而提供一种负载率高、电荷传输效率高、可连续化制备及其复合纤维制备方法，以期获得更好的光催化效率，推动二氧化钛/碳纳米管复合纤维的规模化制备及产业化进程。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种二氧化钛/碳纳米管复合纤维的制备方法，该方法包括以下步骤：

将催化剂、助催化剂和有机溶剂配制得到碳源溶液，并将钛源溶解在碳源溶液中，得到钛源/碳源混合溶液；

将反应器升至反应温度，并在反应器内持续通入载气和反应气；

将钛源/碳源混合溶液注入反应器中，发生高温裂解反应，冷却后，收集得到二氧化钛/碳纳米管复合纤维。

进一步地，所述的催化剂包括二茂铁、二茂钴或二茂镍；所述的助催化剂为含硫有机化合物；所述的有机溶剂包括苯或乙醇；所述的钛源为含钛有机化合物。

进一步地，所述的含硫有机化合物包括噻吩；所述的含钛有机化合物包括钛酸酯及其衍生物、有机钛化合物或有脂溶性的有机酸的钛盐，具体包括钛酸四丁酯或钛酸四异丙酯。

进一步地，所述的钛源/碳源混合溶液中，催化剂的质量分数为0.5-10％，助催化剂的质量分数为0.5-10％，钛源的质量分数为0.5-30％。

进一步地，所述的反应温度为900-1500℃，升温速率为0.5-2℃/min。

进一步地，所述载气和反应气的体积比为1:(5-20)；气体总流量为1000-2000sccm。

进一步地，所述的载气为惰性气体，包括氩气或氦气，所述的反应气为氢气。

进一步地，所述钛源/碳源混合溶液注入的速率为50-300μL/min。