一種光催化纖維素纖維基活性炭納米纖維復(fù)合膜及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光催化纖維素纖維基活性炭納米纖維復(fù)合膜及其制備方法，屬于活性炭復(fù)合材料制備技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)印染廢水處理方法處理不太理想，主要是因?yàn)閺U水中染料分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，成分復(fù)雜，脫色率、COD去除率不高，容易產(chǎn)生二次污染。利用半導(dǎo)體材料的光催化性能在室溫條件下就可將許多化學(xué)法和生物法無法去除的有機(jī)物完全分解為二氧化碳和水，且不造成二次污染，它可用太陽光和熒光燈中含有的紫外光作激發(fā)源。當(dāng)前，用于降解環(huán)境污染物的催化劑中，二氧化鈦憑借其光催化活性高、難溶、無毒和成本低等特點(diǎn)成為最具有應(yīng)用前景的光催化劑之一，且具有凈化空氣，殺死細(xì)菌，降解難降解有機(jī)物等作用。但傳統(tǒng)的納米1102懸浮相光催化劑易失活、易凝聚、難回收的缺點(diǎn)，因此尋找一種具有較大比表面積，又與T12牢固結(jié)合的高效負(fù)載材料是實(shí)用化技術(shù)的關(guān)鍵?；钚蕴坎牧献鳛橐环N理想的吸附材料，是在炭纖維技術(shù)和活性炭技術(shù)相結(jié)合的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的?；钚蕴烤哂休^大的孔容量和比表面積，且以微孔為主，因此，有利于吸附質(zhì)擴(kuò)散進(jìn)入孔內(nèi)及活性表面，活性炭顯示出更高的吸附容量和更快的吸附脫附速度。利用該活性炭將有效地吸附和去除污水中的染料、楽.料、助劑、油劑、酸堿、纖維雜質(zhì)、無機(jī)鹽等。
[0003]由于印染廢水往往含有很高的懸浮物和色素等有機(jī)物質(zhì)，任何單一技術(shù)的處理往往達(dá)不到理想的效果。目前膜分離技術(shù)與其他水處理技術(shù)的集成工藝研宄，發(fā)揮各種技術(shù)的優(yōu)勢，形成印染廢水深度處理的新工藝。世界上經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、科學(xué)技術(shù)先進(jìn)的國家近年來將膜分離技術(shù)，如超濾(UF)、反滲透(RO)和納濾(NF)等應(yīng)用于印染工業(yè)廢水的處理，可以大大降低能耗，減少投資。由于膜過濾技術(shù)具有分離效率高、節(jié)能、設(shè)備簡單、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，使其在廢水處理領(lǐng)域有很大的發(fā)展?jié)摿?。但目前MF和UF膜進(jìn)行污水處理過程中或多或少都存在一個(gè)污堵問題，有時(shí)這個(gè)問題還非常嚴(yán)重，導(dǎo)致出水率嚴(yán)重下降，直接影響到這個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行效率及其成敗。利用活性炭纖維特殊的表面化學(xué)結(jié)構(gòu)和強(qiáng)物理吸附性，為T12的光催化提供了高濃度的反應(yīng)環(huán)境，以其吸附和催化協(xié)同效應(yīng)高效去除水中有機(jī)污染物，大幅提高印染污水的回用率。通過光催化活性炭納米纖維膜實(shí)現(xiàn)印染廢水循環(huán)回用，對水污染的控制和印染業(yè)的可持續(xù)發(fā)展都具有非常積極的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，目的是提供了一種光催化纖維素纖維基活性炭納米纖維復(fù)合膜及其制備方法，以該方法制得復(fù)合材料具有較強(qiáng)的吸附性能和較好的光催化降解性能。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0006]一種光催化纖維素纖維基活性炭納米纖維復(fù)合膜的制備方法，該方法首先將鈦酸四丁酯制成淡黃色打02透明溶膠，再將其添加到配制好的纖維素纖維溶液中，不斷攪拌使其充分反應(yīng)，至溶液透明，將混合液通過靜電紡絲制得T12/纖維素纖維基復(fù)合納米纖維膜；再將T12/纖維素纖維基復(fù)合納米纖維膜經(jīng)預(yù)氧化、炭化和活化過程，制備成具有高效吸附和催化性能的光催化纖維素纖維基活性炭納米纖維復(fù)合膜；該方法包括以下步驟:
[0007]I) 二氧化鈦溶膠制備:將15?30份鈦酸四丁酯和5?15份冰醋酸溶于50?80份無水乙醇中，磁力攪拌0.5?2h使之混合均勾，緩慢滴入80?95份無水乙醇和5?20份蒸餾水的混合溶液中，控制滴定管滴速，密封攪拌得到淡黃色1102透明溶膠，靜置陳化
2?4h ;
[0008]2)纖維素纖維溶液制備:在室溫下將纖維素纖維溶解于相應(yīng)的溶劑中，配制成體積質(zhì)量分?jǐn)?shù)(g/L)為I?20%的溶液，磁力攪拌至溶液透明；
[0009]3)纖維素纖維基復(fù)合納米纖維膜制備:將步驟I)制得的二氧化鈦溶液與步驟2)制得的纖維素纖維溶液按照溶質(zhì)的質(zhì)量比0.01: I?0.5: I進(jìn)行混合，充分反應(yīng)，攪拌至完全混合均勻且溶液透明，通過靜電紡絲裝置制得T12/纖維素纖維基復(fù)合納米纖維膜；
[0010]4)活性炭復(fù)合納米纖維膜制備:將步驟3)制得的Ti02/纖維素纖維基復(fù)合納米纖維膜經(jīng)預(yù)氧化、炭化和活化過程，制備成光催化纖維素纖維基活性炭納米纖維復(fù)合膜。
[0011]所述纖維素纖維材料是天然纖維素纖維和再生纖維素纖維，天然纖維素纖維包括麻纖維、竹纖維、棉花；再生纖維素纖維包括粘膠纖維、Tencel纖維、Lyocell纖維、Modal纖維。
[0012]所述步驟2)纖維素纖維所用的溶劑是二甲基亞砜、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、N-甲基嗎啉-N-氧化物、四乙基氯化銨溶液、硫氰酸銨溶液、三乙醇胺、氨水溶液、堿性水溶液中一種或幾種混合溶劑體系。
[0013]所述堿性水溶液是堿金屬氫氧化物水溶液，具體為氫氧化鈉、氫氧化鉀。
[0014]所述的靜電紡絲裝置由高電壓發(fā)生器、注射泵以及纖維接收器組成；紡絲電壓:10?30kV，擠出速率:0.05?2.0ML/h，接受距離:10?30cm。
[0015]所述的預(yù)氧化溫度控制在50?350 °C ;活化在5?20wt %的呀04溶液和5?20界七％的KOH溶液中進(jìn)行；炭化在管式馬弗爐中，惰性氣體氛圍中(如，隊(duì)等)，溫度控制400?600°C鍛燒，以獲得具有催化活性的T12晶型。
[0016]所述惰性氣體是氮?dú)?、氬氣?br>[0017]本發(fā)明還包括利用上述方法制備的光催化纖維素纖維基活性炭納米纖維復(fù)合膜。
[0018]本發(fā)明制備方法過程簡單，所獲得光催化纖維素纖維基活性炭納米纖維復(fù)合膜具有較強(qiáng)的吸附性能和較好的光催化降解性能。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面將結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
[0020]一種光催化纖維素纖維基活性炭納米纖維復(fù)合膜的制備方法，該方法首先將鈦酸四丁酯制成淡黃色打02透明溶膠，再將其添加到配制好的纖維素纖維溶液中，不斷攪拌使其充分反應(yīng)，至溶液透明，將混合液通過靜電紡絲制得T12/纖維素纖維基復(fù)合納米纖維膜；再將T12/纖維素纖維基復(fù)合納米纖維膜經(jīng)預(yù)氧化、炭化和活化過程，制備成具有高效吸附和催化性能的光催化纖維素纖維基活性炭納米纖維復(fù)合膜；本發(fā)明制備方法過程簡單，所獲得光催化纖維素纖維基活性炭納米纖維復(fù)合膜具有較強(qiáng)的吸附性能和較好的光催化降解性能。
[0021]實(shí)施例1:
[0022]一種光催化纖維素纖維基活性炭納米纖維復(fù)合膜的制備方法，該方法包括以下步驟:
[0023]I) 二氧化鈦溶膠制備:將15份鈦酸四丁酯和5份冰醋酸溶于50份無水乙醇中，磁力攪拌0.5h使之混合均勻，緩慢滴入80份無水乙醇和5份蒸餾水的混合溶液中，控制滴定管滴速，密封攪拌得到淡黃色1102透明溶膠，靜置陳化2h ;
[0024]2)纖維素纖維溶液制備:在室溫下將纖維素纖維(麻纖維)溶解于二甲基亞砜中，配制成體積質(zhì)量分?jǐn)?shù)(g/L)為I %的溶液，磁力攪拌至溶液透明；
[0025]3)纖維素纖維基復(fù)合納米纖維膜制備:將步驟I)制得的二氧化鈦溶液與步驟2)制得的纖維素纖維溶液按照溶質(zhì)的質(zhì)量比0.01: I進(jìn)行混合，充分反應(yīng)，攪拌至完全混合均勻且溶液透明，通過靜電紡絲裝置制得T12/纖維素纖維基復(fù)合納米纖維膜；
[0026]4)活性炭復(fù)合納米纖維膜制備:將步驟3)制得的Ti02/纖維素纖維基復(fù)合納米纖維膜經(jīng)預(yù)氧化、炭化和活化過程，預(yù)氧化溫度為150°(^，在5￥1:%的H3PO4S液和5?1:%的KOH溶液中進(jìn)行活化；在管式馬弗爐中，惰性氣體隊(duì)氛圍中進(jìn)行炭化，溫度控制450°C鍛燒，制備成光催化纖維素纖維基活性炭納米纖維復(fù)合膜。
[0027]實(shí)施例2:
[0028]一種光催化纖維素纖維基活性炭納米纖維復(fù)合膜的制備方法，該方法包括以下步驟:
[0029]I) 二氧化鈦溶膠制備:將20份鈦酸四丁酯和10份冰醋酸溶于60份無水乙醇中，磁力攪拌Ih使之混合均勻，緩慢滴入8