二氧化钛纤维光催化功能材料的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种二氧化钛纤维光催化功能材料的制备方法。该制备方法是首先合成聚乙酰乙酸乙酯合钛作为前驱体，按照聚乙酰乙酸乙酯合钛∶四氢呋喃＝１００ｇ∶４００ｍｌ～８００ｍｌ的比例，将合成制取的聚乙酰乙酸乙酯合钛前驱体溶入四氢呋喃中，配制成粘度为５Ｐａ.ｓ～１００Ｐａ.ｓ的纺丝液，再将粘度为５Ｐａ.ｓ～５０Ｐａ.ｓ的纺丝液通过离心甩丝获得前驱体短纤维，粘度为５０Ｐａ.ｓ～１００Ｐａ.ｓ的纺丝液通过干法纺丝获得连续前驱体长纤维，最后对获得的前驱体纤维进行水蒸汽活化热处理烧结。本发明专利技术工艺简单、操作条件易于实施和控制，耗能低。

Preparation method of titanium dioxide fiber photocatalysis functional material

The invention provides a preparation method of titanium dioxide fiber photocatalysis functional material. The preparation method is the first synthesis of poly ethyl acetoacetate as titanium precursor in poly ethyl acetoacetate and titanium: THF = 100g: 400ml ~ 800ml ratio will synthesize poly ethyl acetoacetate and titanium precursor dissolved in tetrahydrofuran, preparation of viscosity of spinning solution 5Pa.s ~ 100Pa.s, the viscosity of 5Pa.s to spinning liquid 50Pa.s by centrifugal spinning to obtain precursor short fibers, viscosity is 50Pa.s ~ 100Pa.s spinning solution by dry spinning to obtain continuous long fiber precursor, the precursor fibers obtained from the steam activation sintering heat treatment. The invention has simple process, easy operation and control of operation conditions and low energy consumption.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种可作为光催化剂或者催化剂载体的二氧化钛纤维的制备方法，属于功能纤维材料领域。
技术介绍
1972年，Fujishima和Honda发现受光辐射的TiO2微粒可以使水持续地发生氧化还原反应产生氢气。此后，众多的研究者对光催化氧化技术进行了探索，经过三十多年的研究，它作为一种高级氧化技术在化学化工、建筑材料等领域中占据了重要的地位。在各种用于光催化的半导体氧化物中，二氧化钛被证实是一种最有效的光催化剂。作为绿色环保型的光催化净化剂的二氧化钛，具有良好的化学稳定性，抗磨损性，低成本，安全无毒等特点，使其在环境保护和石油化工等领域表现出极大的应用前景。二氧化钛的晶型和晶粒尺寸对二氧化钛的光催化活性有重要的影响。二氧化钛有三种晶型(相)锐钛矿相(Anatase)、金红石相(Rutile)和板钛矿相(Brookite)。作为光催化剂的二氧化钛有锐钛矿相和金红石相，其中锐钛矿相光催化活性较高。目前，二氧化钛光催化剂的实际应用形式主要为超细粉末，如纳米粉等，形成颗粒悬浮体系，虽然具有高的反应活性，但是反应后期二氧化钛细粉分离回收十分困难，催化剂流失严重，因而限制了其实际应用；或将TiO2固定在某种载体上，如硅胶、玻璃、金属载体等，这些方法虽然可使TiO2易于分离，但是，由于固定化技术还不成熟，存在催化剂脱落问题，同时也使催化剂的表面积和体积比大大降低，严重影响了其催化活性。以上的应用形式均存在难以克服的缺陷，导致以二氧化钛为基础的光催化技术还存在诸多的难题，工业化应用受到极大制约。因此，寻找一种既能充分发挥TiO2光催化活性，又适宜快速分离的催化剂是目前人们致力于研究的一个方向。二氧化钛纤维正是适合这种需求的最佳的一种二氧化钛的应用形式。二氧化钛纤维是一种具有多晶结构的陶瓷纤维材料，因其形态上的优势，可以方便地解决分离回收的问题，同时，因其具有纳米尺度的晶粒，合适的晶相(锐钛矿相或金红石相或两相复合相)和较大的比表面积和气孔体积，以及高的光利用效率，使其具有很高的光催化活性，因此可以有效地实现二氧化钛的光催化功能在环保领域的实际应用。现有的二氧化钛纤维的制备方法主要有三种，分别是钛酸盐脱碱法(KDC法)，浸渍法和溶胶-凝胶法。钛酸盐脱碱法即通过熔融M2O·nTiO2，这里M为Na、K、Rb、Cs，n＝1-5，获得纤维状钛酸盐结晶，酸洗脱碱获得二氧化钛纤维，该法虽然工艺简单，但是只能获得长度为微米量级的二氧化钛纤维，严格意义上讲，不应称为二氧化钛纤维，而应称为纤维状二氧化钛，因此纤维的实际应用仍受限制。浸渍法制备二氧化钛纤维是通过将有机丝浸入钛的醇盐溶液中，吸足后取出干燥、煅烧、灼去有机物的方法获得二氧化钛纤维，由于前驱体纤维中的有机物的含量太高，采用该方法获得的二氧化钛纤维强度很低。采用溶胶-凝胶法来制备二氧化钛纤维，以钛的醇盐为原料，经水解或酸解和缩聚反应，获得溶胶纺丝液，纺丝煅烧获得二氧化钛纤维，这种方法虽然较以往的技术有了很大的进展，但仍然存在纺丝液制备工艺复杂、反应条件苛刻、反应时间长等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于改进现有技术的不足，提供一种工艺简单、操作条件易于实施和控制，耗能低(不需高温加热的)的。本专利技术采用以下解决方案该制备方法是首先合成聚乙酰乙酸乙酯合钛作为前驱体，按照聚乙酰乙酸乙酯合钛∶四氢呋喃＝100g∶400ml～800ml的比例，将合成制取的聚乙酰乙酸乙酯合钛前驱体溶入四氢呋喃中，配制成粘度为5Pa·s～100Pa·s的纺丝液，再将粘度为5Pa·s～50Pa·s的纺丝液通过离心甩丝获得前驱体短纤维，粘度为50Pa·s～100Pa·s的纺丝液通过干法纺丝获得连续前驱体长纤维，最后对获得的前驱体纤维进行水蒸汽活化热处理烧结。下面对本专利技术的二氧化钛纤维的制备方法作更为具体的说明1、合成聚乙酰乙酸乙酯合钛前驱体按照钛酸四丁酯∶蒸馏水∶乙酰乙酸乙酯＝1mol∶1.5mol～3mol∶0.5mol～2mol的比例量取以上三种液体试剂，将钛酸四丁酯稀释于一份异丙醇中，其中钛酸四丁酯的体积稀释倍数为2倍～4倍，再将乙酰乙酸乙酯放入其中，在0℃～40℃条件下混合搅拌60min，获得混合稀释液A；将蒸馏水稀释于另一份异丙醇中，体积稀释倍数为20倍～30倍，获得混合稀释液B；然后在搅拌和0℃～40℃条件下，将一种混合稀释液逐滴加入到另一种混合稀释液中进行反应，滴完后继续在0℃～40℃下搅拌1h～48h，获得泥浆状溶液，蒸干可获得黄色粉末，即为聚乙酰乙酸乙酯合钛前驱体。蒸干的方法是将获得的泥浆状溶液转移至旋转蒸发仪，调节水浴温度为40℃～60℃，蒸去反应液中的溶剂异丙醇及反应副产物。上述反应原料钛酸四丁酯、乙酰乙酸乙酯和溶剂异丙醇、四氢呋喃等试剂的纯度，可以是工业纯、或化学纯、或分析纯，这主要依据应用要求而定。2、配制纺丝液按照聚乙酰乙酸乙酯合钛∶四氢呋喃＝100g∶400ml～800ml的比例，将上述制取的聚乙酰乙酸乙酯合钛前驱体溶入四氢呋喃中，并掺入质量比为5％～30％的有机硅试剂，转移至旋转蒸发仪，调节水浴温度为35℃～55℃，通过蒸发溶剂的方法浓缩溶液，使其粘度达到5Pa·s～100Pa·s，即可获得透明、均匀、稳定的纺丝液。上述有机硅试剂为正硅酸甲酯、正硅酸乙酯等可溶于四氢呋喃的硅酸酯类试剂。上述有机硅试剂也可以在合成聚乙酰乙酸乙酯合钛时加入到反应溶液中。3、纺丝采用离心甩丝可以获得前驱体短纤维，采用干法纺丝则可以获得连续的前驱体长纤维。离心甩丝的步骤是将粘度为5Pa·s～50Pa·s的纺丝液注入甩丝机，在温度为15℃～40℃，相对湿度为25％～70％，离心机转速为10000r/min～15000r/min的条件下，将纺丝液从孔径为0.1mm～0.5mm的纺丝孔高速甩出，经专用收集装置收集，获得无序堆积的、长度为5cm～50cm的前驱体短纤维。干法纺丝的步骤是将粘度为50Pa·s～100Pa·s的纺丝液移入干法纺丝装置中的液料罐，真空脱泡5min～10min，在温度为10℃～30℃和相对湿度为20％～80％条件下，用钢瓶氮气或计量泵的方式来对纺丝液施加0.5MPa～2.0MPa的压力，使其从孔径为0.06mm～0.15mm的铌钽合金纺丝板喷出，经牵伸和转鼓收丝，获得任意长度的、透明、有序的连续前驱体长纤维。4、热处理将前驱体短纤维或连续长纤维置于升温炉中，进行25℃～1100℃的水蒸汽活化热处理，升温速率为20℃/h～300℃/h，处理时间4h～48h，处理压力0.3atm～20atm，并在最高温度点保温30min～24h，然后自然降温。通过上述过程获得可拉伸强度100MPa～1.2GPa，直径10μm～25μm，单丝连续长度5cm～50cm或1m以上，BET比表面积100m2/g～200m2/g，气孔直径5nm～10nm，晶粒粒径10nm～30nm，晶相为锐钛矿相、或金红石相、或两相共存的二氧化钛短纤维或连续纤维。通过控制热处理的最高温度，可以获得晶相是锐钛矿相，也可以是金红石相，也可以是锐钛矿相和金红石相共存的二氧化钛纤维，这主要依据应用要求的不同而定。本专利技术与现有技术相比具有以下优势(1)采用常见的化工原料和简单的合成工艺即能合成聚乙酰乙酸乙酯合钛前驱体。(2)常温本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二氧化钛纤维光催化功能材料的制备方法，其特征在于：该制备方法是首先合成聚乙酰乙酸乙酯合钛作为前驱体，按照聚乙酰乙酸乙酯合钛∶四氢呋喃＝１００ｇ∶４００ｍｌ～８００ｍｌ的比例，将合成制取的聚乙酰乙酸乙酯合钛前驱体溶入四氢呋喃中，配制成粘度为５Ｐａ.ｓ～１００Ｐａ.ｓ的纺丝液，再将粘度为５Ｐａ.ｓ～５０Ｐａ.ｓ的纺丝液通过离心甩丝获得前驱体短纤维，粘度为５０Ｐａ.ｓ～１００Ｐａ.ｓ的纺丝液通过干法纺丝获得连续前驱体长纤维，最后对获得的前驱体纤维进行水蒸汽活化热处理烧结。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：包南，张锋，张成禄，孙剑，马东，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：88[中国|济南]