一种纳米TiO2/膨胀石墨复合海绵的制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了纳米TiO2/膨胀石墨复合海绵的制备方法及其应用，将光催化降解的主要物质纳米二氧化钛与聚乙烯醇缩醛海绵复合，添加膨胀石墨增加海绵的吸附性，同时增大海绵的孔径和提高海绵的弹性。称取一定量纳米二氧化钛和膨胀石墨将其置于聚乙烯醇水溶液中，加入甲醛、盐酸和碳酸氢钠，快速搅拌至发泡后置于模具中，于60℃干燥6h使其形成复合海绵。取出材料用大量水冲洗，并于超声波中清洗，干燥后即得TiO2/膨胀石墨复合海绵。本发明专利技术将纳米二氧化钛、膨胀石墨同海绵复合，形状可控，形成实用性强、循环利用性好、便于回收的环境友好型光催化降解材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于环境保护和水处理材料
，涉及一种光催化降解效果好、可循环利用，便于回收的环境友好型光催化降解材料纳米TiO2/膨胀石墨复合海绵的制备方法及其应用。
技术介绍
纳米二氧化钛具有极强的光催化降解性能，被广泛应用于化工和精细化工生产中，特别是催化领域，能有效地将水中的有机酸类、烃类、卤化脂肪烃、卤代芳烃、取代芳烃、多环芳烃、杂化芳烃、硝基芳烃、酚类、表面活性剂、农药、染料等进行脱色、除毒、矿化，最终降解为二氧化碳、水等无机小分子。对空气中的有毒气体和无机污染物，如含铬废水、含汞废水、含氰废水、含铅废水、含NO2-废水也有很好的降解效果。目前用于光催化降解的二氧化钛大多是纳米粉末。纳米二氧化钛比表面积大、吸光范围宽、电子-孔穴的复合率低、氧化还原电势较高，具有更高的量子产率，比常规尺寸的二氧化钛有更高的光催化活性。纳米二氧化钛光催化技术工艺简单、成本低廉，安全无毒、性能稳定、无刺激性，具有特殊的电子结构，能完全或部分分解各类有机物和净化空气中的有毒气体，是近年来被广为研究报道的绿色环保型催化剂。纳米二氧化钛粒子虽然处理效果好，但难分离、回收成本高，很难用于实际处理中。对二氧化钛纳米粒子的负载成为新的研究方向。现今常采用的载体有膨胀石墨、活性炭、活性炭纤维、沸石、玻璃珠、玻璃纤维、不锈钢等。但由于这些光催化剂载体较小的比表面积，降低了 二氧化钛的负载量和光催化活性。膨胀石墨作为一种新型碳素材料，不仅具备了天然石墨本身的耐热、耐辐射、耐腐蚀、导电、自润滑等优良特性，还具备轻质、柔软、多孔、可压缩、回弹等性能，独特的蠕虫结构使其有很好的吸附性能。聚乙烯醇是一种无色、无毒、无腐蚀的水溶性有机高分子聚合物，其价格低廉、性能良好,与醛类化合物反应生成的聚乙烯醇缩醛产物有很好的亲水性、力学性能和耐磨性，耐化学品性优异，对紫外线具有极好地抵御能力，紫外灯照射不会导致分解。光催化降解去除游离甲醛后，可用作医学材料，对水体无污染，可用于水体处理载体。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足提供一种纳米TiO2/膨胀石墨复合海绵的制备方法及其应用。本专利技术的技术方案如下:纳米TiO2/膨胀石墨复合海绵的制备方法，包括以下步骤:将聚乙烯醇加入95°C蒸馏水中，聚乙烯醇与水的质量比为5% 20%，搅拌形成聚乙烯醇水溶液；将纳米TiO2粉末加入聚乙烯醇水溶液中，不断搅拌，加入硅烷偶联剂、甲醛、盐酸，搅拌均匀后加入碳酸氢钠和膨胀石墨，搅拌至产生大量泡沫；之后倒入模具中，于60°C烘箱干燥6h，取出用大量水冲洗，并超声波清洗处理，干燥即得本产品；聚乙烯醇、纳米二氧化钛、膨胀石墨、偶联剂、甲醛、盐酸、碳酸氢钠的质量比为1: (0.5 10): (0.01 6): (0.05 I):0.5:1: (0.02 0.2)。所述的制备方法，所采用的纳米TiO2是四方晶系纳米二氧化钛粒子。所述的制备方法，添加的可膨胀石墨为六方晶系膨胀石墨。所述的制备方法，超声处理可提高材料的光催化性能，超声处理时间为0.5h_3h。本专利技术的效果和益处是该方法制作简单，反应条件温和，成本低，减少了纳米二氧化钛粉末光催化降解时的损失。且制得的产品对有机物光催化降解效果极好，添加膨胀石墨不仅增加海绵的吸附性能，同时增大海绵的孔径和提高海绵的弹性。使用后经过简单的挤压、清洗干燥后可重复利用，进一步降低成本。具体实施例方式以下结合具体实施例，对本专利技术进行详细说明。实施例1:1.水热法制备纳米二氧化钛粒子①将140mL TiCl4液体置于IOOOml烧杯中，缓慢加入去离子水，将lmol/L的碳酸氢钠溶液滴加到该TiCl4溶液中，滴定至溶液pH=5。加去离子水将溶液定容到750ml。②将以上溶液倒入高压釜中，密封。温度为200°C，压力为20MPa，加热时间为12h，反应完成后通水冷却。③抽滤、洗涤后真空干燥6h，得到白色固体，球磨即得所需样品。2.称取Sg聚乙烯醇溶于80g95°C蒸馏水中，使其形成质量比为10%的聚乙烯醇水溶液，称取12g纳米二氧化钛，将其加入聚乙烯醇水溶液中，加入0.Sg硅烷偶联剂不断搅拌，加入4g36%甲醛溶液和8ml36%的盐酸溶液，搅拌均匀后向其中加入0.4g碳酸氢钠和Ig膨胀石墨，不断搅拌至生成大量泡沫，将其注入器皿中，于60°C烘箱干燥6h，用大量水冲洗并用超声波洗涤2小时，取出干燥即得本产品。取2.5g该产品对25ml的20mg/L甲基橙染料废水处理，光催化处理3小时废水脱色率达到85%以上。实施例21.液相沉淀法制备纳米二氧化钛粒子①配置2mol/L的四氯化钛乙醇溶液2000ml，准确定容取出IOOOml该溶液，用蒸馏水配置成2500mL、0.8mol/L四氯化钛乙醇水溶液，搅拌lh，混合均匀形成A液。将IOOOml无水乙醇加入600ml氨水中，再加入蒸懼水定容配置成2500ml溶液，搅拌Ih,混合均勻形成B液。②强烈搅拌下，将A液和B液快速倒入混合容器中，快速混合，调节pH=6。将产物在室温洗涤、120°C干燥、60(TC煅烧lh、球磨后即得所需纳米二氧化钛粒子。2.称取4g聚乙烯醇溶于25g95°C蒸馏水中，搅拌形成质量比为16%的聚乙烯醇水溶液，称取2g纳米二氧化钛粒子和0.2g硅烷偶联剂，将其加入聚乙烯醇水溶液中，不断搅拌，加入2g36% 丁醛溶液和4ml36%的盐酸溶液，搅拌均匀后向其中加入0.3g碳酸氢钠和0.4g膨胀石墨，不断搅拌至生成大量泡沫，将其注入器皿中，于60°C烘箱干燥6h，用大量水冲洗并用超声波洗涤I小时，取出干燥即得本产品。将产品用于对次甲基蓝染料废水的处理，取2.5g该产品对25ml的20mg/L次甲基蓝染料废水处理，光催化处理4小时废水脱色率达到80%以上。实施例3:1.采用溶胶凝胶法制备纳米二氧化钛粒子。①A液:室温下将50ml钛酸丁酯和5ml冰乙酸滴加到不断搅拌的IOOml无水乙醇中。②B液:将IOml蒸馏水、2ml浓盐酸加入到另外50ml无水乙醇中，搅拌均匀。③A液搅拌30min后将B液逐滴加入A液中，再用浓硝酸调节ph=2_3。(反应温度为25°C，转速为500)。继续搅拌4h后于通风处陈化1-2天，干燥箱中70°C烘干。先球磨2h，后600°C煅烧Ih得到纳米二氧化钛粒子。2.称取4g聚乙烯醇溶于50g95°C蒸馏水中，搅拌形成质量比为8%的聚乙烯醇水溶液，称取Sg纳米二氧化钛粒子和0.Sg硅烷偶联剂，将其加入聚乙烯醇水溶液中，不断搅拌，加入2g36% 丁醛溶液和4ml36%的盐酸溶液，搅拌均匀后向其中加入0.2g碳酸氢钠和5g膨胀石墨，不断搅拌至生成大量泡沫，将其注入器皿中，于60°C烘箱干燥6h，用大量水冲洗并用超声波洗涤3小时，取出干燥即得本产品。将产品用于对染料废水的处理，取2.5g该产品对25ml的20mg/L甲基橙染料废水处理，光催化处理3小时废水脱色率达到90%以上。应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本专利技术所附权利要求的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
纳米TiO2/膨胀石墨复合海绵的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将聚乙烯醇加入95℃蒸馏水中，聚乙烯醇与水的质量比为5%～20%，搅拌形成聚乙烯醇水溶液；将纳米TiO2粉末加入聚乙烯醇水溶液中，不断搅拌，加入硅烷偶联剂、甲醛、盐酸，搅拌均匀后加入碳酸氢钠和膨胀石墨，搅拌至产生大量泡沫；之后倒入模具中，于60℃烘箱干燥6h，取出用大量水冲洗，并超声波清洗处理，干燥即得本产品；聚乙烯醇、纳米二氧化钛、膨胀石墨、偶联剂、甲醛、盐酸、碳酸氢钠的质量比为1：（0.5～10）：（0.01～6）：（0.05～1）：0.5:1：（0.02～0.2）。

【技术特征摘要】
1.纳米TiO2/膨胀石墨复合海绵的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: 将聚乙烯醇加入95°C蒸馏水中，聚乙烯醇与水的质量比为5% 20%，搅拌形成聚乙烯醇水溶液；将纳米TiO2粉末加入聚乙烯醇水溶液中，不断搅拌，加入硅烷偶联剂、甲醛、盐酸，搅拌均匀后加入碳酸氢钠和膨胀石墨，搅拌至产生大量泡沫；之后倒入模具中，于60°C烘箱干燥6h，取出用大量水冲洗，并超声波清洗处理，干燥即得本产品；聚乙烯醇、纳米二氧化钛、膨胀石墨、偶联剂、甲醛、盐酸、碳酸氢钠的质量比为1: (0.5 10...

【专利技术属性】
技术研发人员：张延宗，丁小慧，邓琴，黄成毅，王莉淋，杨新瑶，李黎，彭宏，沈飞，邓仕槐，张小洪，伍钧，
申请(专利权)人：四川农业大学，
类型：发明
国别省市：