[發明專利]二氧化鈦-多壁納米碳管-聚二甲基硅氧烷復合功能材料及其制備方法和應用方法

有效

• 申請號: 201810488528.6
• 申請日: 2018-05-21
• 公開（公告）號: CN108607522B
• 公開（公告）日: 2020-12-22
• 發明（設計）人: 任勇;陳政;何俊;連政;魏超慧
• 申請（專利權）人: 寧波諾丁漢大學
• 主分類號: B01J20/26
• 分類號: B01J20/26;B01J20/28;B01J20/30;B01J31/38;B01J31/06;C02F1/28;C02F1/32;C02F1/72;C02F101/30;C02F101/32;C02F101/36
• 代理公司: 寧波市海曙鈞泰專利代理事務所(普通合伙) 33281
• 代理人: 代忠炯

本發明申請公開了一種二氧化鈦?多壁納米碳管?聚二甲基硅氧烷復合功能材料，它是以聚二甲基硅氧烷為基底，與二氧化鈦?多壁納米碳管干粉制備而成的微球，它能夠快速地收集污水中污染物并高效降解有機污染物。本發明申請還公開了二氧化鈦?多壁納米碳管?聚二甲基硅氧烷復合功能材料的制備方法和應用方法，具體應用于污水處理技術領域。

技術領域

本發明涉及功能材料領域，具體涉及一種二氧化鈦-多壁納米碳管-聚二甲基硅氧烷復合功能材料及其制備方法；本發明還涉及污水處理技術領域，具體涉及一種二氧化鈦-多壁納米碳管-聚二甲基硅氧烷復合功能材料的應用方法。

背景技術

二氧化鈦作為一種半導體材料，具有無毒無害，氧化能力強、催化活性高、穩定性好等顯著特點，近年來在對有害物質的光催化降解中得到了廣泛的應用。當使用波長小于或等于388nm的紫外光照射二氧化鈦時，會將電子從價帶激發到導帶上形成帶負電的高活性電子(e^-)和與之對應的空穴(h⁺)，并向TiO₂粒子表面遷移(能量大于等于禁帶寬度或稱帶隙)。高活性電子具有還原性，在導帶中可與氧分子反應生成超氧化物自由基(O₂·^-)。而光生空穴具有強氧化性，可將材料附近吸附的水或氫氧根離子氧化生成羥基自由基(OH·)。隨后上述自由基可參與污染物的氧化還原反應，將這些化學鍵破壞并最終將污染物礦化生成二氧化碳和水。而羥基自由基是強氧化劑，因其擁有的反應能大大高于有機物中各種化學鍵能，可達到降解各類有機物的效果，因此羥基自由基對光催化氧化起著決定性的作用。光催化氧化和降解的具體機理如下：

TiO₂+hv→e^-+h⁺

h⁺+OH^-→OH·

O₂+e^-→O₂·^-

OH·+RH→R·+H₂O

然而，單獨應用二氧化鈦作為光催化氧化劑會面臨如下問題：由于光生空穴和電子遷移過程中很容易重新結合，這使得到達表面的數量減少，因此降低了光催化效率。

CN102151561A公開了一種納米碳管負載二氧化鈦的光催化劑，是在納米碳管的外表面附著有納米二氧化鈦。CN102151561A還公開了納米碳管負載二氧化鈦的光催化劑的制備方法，包括以下步驟：(1)使用體積比為1∶3的硫酸和硝酸，對多壁納米碳管進行酸化處理；(2)將酸化處理后的納米碳管分散在溶劑中，后加入二氧化鈦前驅體進行水解反應以生成納米二氧化鈦，并使納米二氧化鈦附著在納米碳管的表面；水解以酸為催化劑；(3)將附著有二氧化鈦的納米碳進行高溫處理，使二氧化鈦的晶型轉變為銳鈦礦型，即得。

CN102151561A提供的上述納米碳管負載二氧化鈦的光催化劑，能夠應用于水體污染處理技術領域，紫外光照降解有機污染物。但是上述光催化劑為納米級別，應用時二氧化鈦接觸有機污染物的空間有限，需要增加二氧化鈦的濃度或者外加攪拌裝置使污水流動來接觸更多的有機污染物，所以應用成本提高、工作強度增大、收集降解有機污染物的速度緩慢；而且納米材料很難實現材料的回收，無法二次利用。上述制備方法的酸化處理中硝酸用量大、酸性大，進而增加成本和危險性；上述光催化劑可應用于降解有機污染物尤其適合于氯代有機物、多環芳烴，但是水體需要在堿性條件才能降解。所以目前缺乏一種易回收、能再利用的用于污水處理的功能材料，還缺乏操作簡單、生產安全、成本低廉的用于污水處理的功能材料制備方法，在污水處理的應用方面也沒有達到快速收集降解有機污染物的效果。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，提供一種易回收再利用的二氧化鈦-多壁納米碳管-聚二甲基硅氧烷復合功能材料，能夠快速地收集污水中污染物并高效降解有機污染物。