[實用新型]三維納米二氧化鈦纖維球

無效

• 申請號: 200720030681.1
• 申請日: 2007-11-14
• 公開（公告）號: CN201127893Y
• 公開（公告）日: 2008-10-08
• 發明（設計）人: 包南;劉峰;馬志會;魏振濤;李超
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: B01J21/06
• 分類號: B01J21/06;B01J35/08
• 代理公司: 濟南圣達專利商標事務所有限公司
• 代理人: 王書剛

技術領域

本實用新型涉及一種光催化劑的結構，屬于光催化功能材料技術領域。

背景技術

二氧化鈦光催化氧化是一種高級氧化技術，在難降解有機廢水的預處理、深度處理和微污染水源水處理等水質控制方面具有廣闊的應用前景。該技術工藝簡單、成本低廉，無二次污染，是典型的環境友好技術之一，開發研制高效實用的二氧化鈦光催化功能材料是國內外學者研究的重點和熱點。

二氧化鈦光催化劑的主要應用形式有納米粉、薄膜和負載光催化劑等，這些應用形式均存在著難以克服的缺陷。將納米粉二氧化鈦直接應用于水和廢水處理，催化劑難以分離回收，從而導致運行費用偏高，限制了此類催化劑的實際應用。將納米二氧化鈦固定于載體上，導致催化劑的比表面積與體積比大大降低，嚴重降低了光催化效率和活性，加之二氧化鈦固定化技術還很不成熟，催化劑的脫落流失在所難免。因此，有必要研制開發一種具有較高的光催化活性，又適宜快速分離的新型光催化劑，納米二氧化鈦纖維的出現為解決上述瓶頸問題提供了全新的途徑。

目前，納米二氧化鈦纖維的制備技術見諸報道的有KDC法、溶熱法及傳統的溶膠凝膠法，所獲得的產物只能歸于纖維狀二氧化鈦晶須或短纖維，獲得的纖維長度至多幾厘米。在實際應用時，二氧化鈦纖維在水流作用下易散亂，以致存在處理效果不穩定，催化劑回收不理想等問題。

發明內容

本實用新型針對現有各種納米二氧化鈦光催化劑的存在形式以及納米二氧化鈦纖維在水處理應用中存在的缺陷(例如難于固定成型，受水流沖擊易散亂、光能利用率低，處理效果不穩等)，提供一種結構簡單、光能利用率高的三維納米二氧化鈦纖維球，這種球型的二氧化鈦纖維催化劑耐水流沖擊，不僅可有效利用包覆其表面的光導纖維傳遞的光能，還可起到流離生物載體的作用，進一步提高水處理效果。

本實用新型采用下述技術解決方案：

三維納米二氧化鈦纖維球包括鏤空球形外殼和二氧化鈦纖維球，二氧化鈦纖維球填充在鏤空球形外殼內，二氧化鈦纖維球的外表面分散纏繞有一組光導纖維，所有光導纖維的尾端插入二氧化鈦纖維球內部，始端由二氧化鈦纖維球內部穿出并伸出鏤空球形外殼。

鏤空的球形外殼由兩個半球外殼連接而成。

本實用新型將具有一定空隙和疏密度的二氧化鈦纖維球裝在球形外殼中，進一步提高了二氧化鈦纖維的耐水流沖擊負荷的能力，可使水處理裝置運行周期延長。制備簡單，便于回收。并且使用了光導纖維束，使二氧化鈦纖維內部和外部均勻感受太陽光或人工光源發射的光，從而提高光能利用率。在處理污水時除了光催化氧化，還會起到流離生物載體的作用，提高凈化效率。

附圖說明

圖1是本實用新型中的鏤空球形外殼的結構示意圖。

圖2是本實用新型中填充在鏤空球形外殼內的二氧化鈦纖維球的結構示意圖。

其中：1、鏤空球形外殼，2、鋁夾，3、光導纖維，4、二氧化鈦纖維球。

具體實施方式

本實用新型的三維納米二氧化鈦纖維球包括圖1所示的鏤空球形外殼1和圖2所示的納米二氧化鈦纖維球4，二氧化鈦纖維球4填充在鏤空球形外殼1內。圖1所示的鏤空球形外殼1由兩個用鋁質筋條編制的半球外殼通過幾個鋁夾2連接而成，兩個半球外殼可打開。圖2所示的二氧化鈦纖維球4的外表面分散纏繞有一組光導纖維3，所有光導纖維的尾端插入二氧化鈦纖維球內部，始端由二氧化鈦纖維球內部穿出并伸出鏤空球形外殼1。

本實用新型的三維納米二氧化鈦纖維球采用以下方法制備：

首先制備二氧化鈦纖維球。將粘度為4～6Pa·s的二氧化鈦前驅體紡絲液倒入離心管中，離心管固定在旋轉模具上，選擇圖1中的鋁質鏤空球形外殼1的任一孔插入，開啟旋轉模具，轉速為4000～6000r/min，使之以0.5m/min的速度沿球體直徑平移，移動范圍為球體內部，在球體內壁附著一層二氧化鈦纖維，并具有一定的疏密度；改變旋轉角度，將模具插入另一孔，沿球體直徑繼續甩絲，移動速度為0.4m/min，移動范圍仍為球體內部，于是在第一層二氧化鈦纖維基礎上繼續附著第二層二氧化鈦纖維，相比于第一層纖維密些，且相互交叉；改變旋轉角度和速度，再將模具插入其它孔，按上述方法繼續甩絲，最終獲得基本填滿球形外殼，疏密相間的三維二氧化鈦纖維球體前驅體。松開圖1中的鋁夾2，將鋁制球形外殼1打開，取出二氧化鈦纖維球前驅體置于程序升溫爐中，采用特殊的程序升溫熱處理活化工藝對其進行25℃～700℃的水蒸汽熱處理，制成二氧化鈦纖維球。

將八束光導纖維3從所制成的二氧化鈦纖維球4的一端穿過，從另一端抽出，均勻地纏繞在二氧化鈦纖維球的外部，尾端伸入二氧化鈦纖維球4不同的區域。