改性活性炭纤维负载TiO2复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种改性活性炭纤维负载TiO2复合材料及其制备方法和应用。其中，该制备方法包括以下步骤：三聚氰胺掺杂改性活性炭纤维：将活性炭纤维浸泡在三聚氰胺乙酸溶液中进行掺杂改性，烘干后得到改性活性炭纤维；以及TiO2的负载：将TiO2负载在改性活性炭纤维上，得到改性活性炭纤维负载TiO2复合材料。应用本发明专利技术的技术方案制备而成的改性活性炭纤维负载TiO2复合材料比表面积大，吸附能力强，光催化效率高，能够有效去除高浓度VOCs，制备方法简单，成本低。在空气净化、水净化、有机物吸附及光催化等领域具有广阔的应用前景。吸附及光催化等领域具有广阔的应用前景。吸附及光催化等领域具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
改性活性炭纤维负载TiO2复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及催化材料
，具体而言，涉及一种改性活性炭纤维负载TiO2复合材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]石油石化行业作为国民经济的支柱产业，为社会发展提供必要的石油能源和化工产品，但同时带来的环境污染问题也日益突出。石化企业排放的废气组分复杂，其中以挥发性有机物(VOCs)为主要组分，包括多种有毒有害气体，其中污染物主要有：苯系物、醛酮类、卤代烃、醇类等。部分成分具有致癌性，其存在严重威胁大气环境及人类健康。因此，如何有效的去除VOCs已引起国内外学者的广泛关注。
[0003]目前主要的处理技术为吸附、凝结、焚烧、催化燃烧、光催化等多种物理化学技术等，单一的处理技术以不能实现污染物的高效去除，目前已有学者将吸附与光催化技术相结合，将活性炭纤维与TiO2进行复合，虽然实现了吸附与光催化的结合，但并不能实现一加一大于二的效果，主要原因是在吸附材料上负载光催化剂，堵塞了活性炭纤维上的吸附孔道，降低了比表面积，从而降低了吸附性能，光催化剂的负载量也较低，光催化性能低，不能实现高效处理。而且，大多数研究者制备的复合材料，TiO2只是负载在活性炭纤维表面，负载量低，光催化能力较低。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在提供一种改性活性炭纤维负载TiO2复合材料及其制备方法和应用，以提高挥发性有机物的吸附性能及光催化性能。
[0005]为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种改性活性炭纤维负载TiO2复合材料的制备方法。该制备方法包括以下步骤：三聚氰胺掺杂改性活性炭纤维：将活性炭纤维浸泡在三聚氰胺乙酸溶液中进行掺杂改性，烘干后得到改性活性炭纤维；以及TiO2的负载：将TiO2负载在改性活性炭纤维上，得到改性活性炭纤维负载TiO2复合材料。
[0006]进一步地，制备方法在三聚氰胺掺杂改性活性炭纤维之前还包括活性炭纤维预处理步骤，活性炭纤维预处理步骤包括：将活性炭纤维剪碎、水煮、去杂，然后烘干得到预处理后的活性炭纤维，预处理后的活性炭纤维用于三聚氰胺掺杂改性活性炭纤维。
[0007]进一步地，活性炭纤维预处理步骤具体包括：将活性炭纤维剪成(2～3)cm*(2～3)cm，放入8％的乙醇溶液中浸泡洗涤三次，将有机质溶出，然后放入到去离子水中煮沸2～4h，每隔半小时换次水，随后在去离子水中浸泡去除活性炭纤维中的杂质，取出，在烘箱中80℃～120℃干燥，得到预处理后的活性炭纤维。
[0008]进一步地，三聚氰胺掺杂改性活性炭纤维步骤中，三聚氰胺乙酸溶液中三聚氰胺的浓度为0.01mol/L～0.02mol/L，乙酸的浓度为4.0～6.0mol/L。
[0009]进一步地，活性炭纤维完全浸泡在三聚氰胺乙酸溶液中，超声10～20min，放入到真空干燥箱中，真空浸渍10～15min，反复两次，将浸渍好的活性炭纤维放入到烘箱中80～
120℃(优选100～120℃)烘干。
[0010]进一步地，TiO2的负载包括：将无水乙醇和乙酸混合，将钛酸四丁酯加入无水乙醇和乙酸的混合液中，搅拌，制得溶液A；将无水乙醇、去离子水及乙酸混合，搅拌，制得溶液B；在800～1000rpm转速搅拌下，将溶液B逐滴滴入溶液A，滴加完毕后，搅拌，在室温条件下静置24h，得到陈化后的溶胶；将改性活性炭纤维放入陈化后的溶胶中，超声，再真空浸渍，反复两次超声真空浸渍，取出浸渍后的改性活性炭纤维放入烘箱中烘干；将烘干的改性活性炭纤维放入管式炉中，在氮气的保护下，焙烧，制得改性活性炭纤维负载TiO2(TiO2/C3H6N6‑
ACF)复合材料。
[0011]进一步地，溶液A中乙醇与乙酸的体积比为(34～40)：(17～20)，更优选为2:1；优选的，焙烧的温度为450℃～500℃。
[0012]进一步地，TiO2的负载具体包括：将无水乙醇34～40mL与乙酸17～20mL混合，然后将10～15mL钛酸四丁酯加入无水乙醇和乙酸的混合液中，搅拌30～60min，制得溶液A；将10～20mL无水乙醇、30～60mL去离子水及2～4mL乙酸混合，搅拌30～60min，制得溶液B；在剧烈搅拌下，将溶液B逐滴滴入溶液A，滴加完毕后，搅拌2～4h，在室温条件下静置24～48h，得到陈化后的溶胶；将改性活性炭纤维放入述陈化后的溶胶中，超声10～20min，再真空浸渍10～15min，反复两次超声真空浸渍，取出浸渍后的改性活性炭纤维放入烘箱中80℃～120℃下烘干；将烘干的改性活性炭纤维放入管式炉中，在氮气的保护下，升温到450℃～500℃焙烧，制得改性活性炭纤维负载TiO2(TiO2/C3H6N6‑
ACF)复合材料。
[0013]根据本专利技术的另一方面，提供了一种改性活性炭纤维负载TiO2复合材料。该改性活性炭纤维负载TiO2复合材料通过上述任一种改性活性炭纤维负载TiO2复合材料的制备方法制备得到。
[0014]根据本专利技术的又一方面，提供了一种上述改性活性炭纤维负载TiO2复合材料在挥发性有机物吸附及光催化中的应用。
[0015]进一步地，挥发性有机物包括苯系物、醛酮类、卤代烃和醇类等中的一种或多种。
[0016]进一步地，光催化的光强为16～24W。
[0017]应用本专利技术的技术方案制备而成的改性活性炭纤维负载TiO2复合材料比表面积大，吸附能力强，光催化效率高，能够有效去除高浓度VOCs，制备方法简单，成本低。在空气净化、水净化、有机物吸附及光催化等领域具有广阔的应用前景。
附图说明
[0018]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0019]图1示出了实施例1
‑
3中不同方法改性ACF负载TiO2吸附性能比较；
[0020]图2示出了实施例1
‑
3中不同改性方法ACF负载TiO2复合材料光催化去除甲苯性能的比较；
[0021]图3示出了实施例1
‑
3中TiO2/ACF、C3H6N6‑
ACF和TiO2/C3H6N6‑
ACF对甲苯的暗反应吸附性能；
[0022]图4示出了实施例1
‑
3中TiO2/ACF、C3H6N6‑
ACF和TiO2/C3H6N6‑
ACF光催化去除甲苯性能比较；
[0023]图5示出了实施例1
‑
3中光照强度对TiO2/C3H6N6‑
ACF光催化去除甲苯性能影响；以及
[0024]图6示出了实施例1
‑
3中煅烧温度对TiO2/C3H6N6‑
ACF光催化去除甲苯性能影响。
具体实施方式
[0025]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性活性炭纤维负载TiO2复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：三聚氰胺掺杂改性活性炭纤维：将活性炭纤维浸泡在三聚氰胺乙酸溶液中进行掺杂改性，烘干后得到改性活性炭纤维；以及TiO2的负载：将TiO2负载在所述改性活性炭纤维上，得到所述改性活性炭纤维负载TiO2复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法在所述三聚氰胺掺杂改性活性炭纤维之前还包括活性炭纤维预处理步骤，所述活性炭纤维预处理步骤包括：将活性炭纤维剪碎、水煮、去杂，然后烘干得到预处理后的活性炭纤维，所述预处理后的活性炭纤维用于三聚氰胺掺杂改性活性炭纤维。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述活性炭纤维预处理步骤具体包括：将所述活性炭纤维剪成(2～3)cm*(2～3)cm，放入8％的乙醇溶液中浸泡洗涤三次，将有机质溶出，然后放入到去离子水中煮沸2～4h，每隔半小时换次水，随后在去离子水中浸泡去除活性炭纤维中的杂质，取出，在烘箱中80℃～120℃干燥，得到预处理后的所述活性炭纤维。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述三聚氰胺掺杂改性活性炭纤维步骤中，所述三聚氰胺乙酸溶液中三聚氰胺的浓度为0.01mol/L～0.02mol/L，乙酸的浓度为4.0～6.0mol/L。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述活性炭纤维完全浸泡在所述三聚氰胺乙酸溶液中，超声10～20min，放入到真空干燥箱中，真空浸渍10～15min，反复两次，将浸渍好的活性炭纤维放入到烘箱中80～120℃烘干。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述TiO2的负载包括：将无水乙醇和乙酸混合，将钛酸四丁酯加入无水乙醇和乙酸的混合液中，搅拌，制得溶液A；将无水乙醇、去离子水及乙酸混合，搅拌，制得溶液B；在800～1000rpm转速搅拌下，将所述溶液B逐滴滴入所述溶液A，滴加完毕后，搅拌，在室温条件下静置24h，得到陈化后的溶...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘芳，齐学进，张帅，赵朝成，王永强，
申请(专利权)人：中国石油集团安全环保技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：