[实用新型]三维纳米二氧化钛纤维球

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种光催化剂的结构，属于光催化功能材料技术领域。

背景技术

二氧化钛光催化氧化是一种高级氧化技术，在难降解有机废水的预处理、深度处理和微污染水源水处理等水质控制方面具有广阔的应用前景。该技术工艺简单、成本低廉，无二次污染，是典型的环境友好技术之一，开发研制高效实用的二氧化钛光催化功能材料是国内外学者研究的重点和热点。

二氧化钛光催化剂的主要应用形式有纳米粉、薄膜和负载光催化剂等，这些应用形式均存在着难以克服的缺陷。将纳米粉二氧化钛直接应用于水和废水处理，催化剂难以分离回收，从而导致运行费用偏高，限制了此类催化剂的实际应用。将纳米二氧化钛固定于载体上，导致催化剂的比表面积与体积比大大降低，严重降低了光催化效率和活性，加之二氧化钛固定化技术还很不成熟，催化剂的脱落流失在所难免。因此，有必要研制开发一种具有较高的光催化活性，又适宜快速分离的新型光催化剂，纳米二氧化钛纤维的出现为解决上述瓶颈问题提供了全新的途径。

目前，纳米二氧化钛纤维的制备技术见诸报道的有KDC法、溶热法及传统的溶胶凝胶法，所获得的产物只能归于纤维状二氧化钛晶须或短纤维，获得的纤维长度至多几厘米。在实际应用时，二氧化钛纤维在水流作用下易散乱，以致存在处理效果不稳定，催化剂回收不理想等问题。

发明内容

本实用新型针对现有各种纳米二氧化钛光催化剂的存在形式以及纳米二氧化钛纤维在水处理应用中存在的缺陷(例如难于固定成型，受水流冲击易散乱、光能利用率低，处理效果不稳等)，提供一种结构简单、光能利用率高的三维纳米二氧化钛纤维球，这种球型的二氧化钛纤维催化剂耐水流冲击，不仅可有效利用包覆其表面的光导纤维传递的光能，还可起到流离生物载体的作用，进一步提高水处理效果。

本实用新型采用下述技术解决方案：

三维纳米二氧化钛纤维球包括镂空球形外壳和二氧化钛纤维球，二氧化钛纤维球填充在镂空球形外壳内，二氧化钛纤维球的外表面分散缠绕有一组光导纤维，所有光导纤维的尾端插入二氧化钛纤维球内部，始端由二氧化钛纤维球内部穿出并伸出镂空球形外壳。

镂空的球形外壳由两个半球外壳连接而成。

本实用新型将具有一定空隙和疏密度的二氧化钛纤维球装在球形外壳中，进一步提高了二氧化钛纤维的耐水流冲击负荷的能力，可使水处理装置运行周期延长。制备简单，便于回收。并且使用了光导纤维束，使二氧化钛纤维内部和外部均匀感受太阳光或人工光源发射的光，从而提高光能利用率。在处理污水时除了光催化氧化，还会起到流离生物载体的作用，提高净化效率。

附图说明

图1是本实用新型中的镂空球形外壳的结构示意图。

图2是本实用新型中填充在镂空球形外壳内的二氧化钛纤维球的结构示意图。

其中：1、镂空球形外壳，2、铝夹，3、光导纤维，4、二氧化钛纤维球。

具体实施方式

本实用新型的三维纳米二氧化钛纤维球包括图1所示的镂空球形外壳1和图2所示的纳米二氧化钛纤维球4，二氧化钛纤维球4填充在镂空球形外壳1内。图1所示的镂空球形外壳1由两个用铝质筋条编制的半球外壳通过几个铝夹2连接而成，两个半球外壳可打开。图2所示的二氧化钛纤维球4的外表面分散缠绕有一组光导纤维3，所有光导纤维的尾端插入二氧化钛纤维球内部，始端由二氧化钛纤维球内部穿出并伸出镂空球形外壳1。

本实用新型的三维纳米二氧化钛纤维球采用以下方法制备：

首先制备二氧化钛纤维球。将粘度为4～6Pa·s的二氧化钛前驱体纺丝液倒入离心管中，离心管固定在旋转模具上，选择图1中的铝质镂空球形外壳1的任一孔插入，开启旋转模具，转速为4000～6000r/min，使之以0.5m/min的速度沿球体直径平移，移动范围为球体内部，在球体内壁附着一层二氧化钛纤维，并具有一定的疏密度；改变旋转角度，将模具插入另一孔，沿球体直径继续甩丝，移动速度为0.4m/min，移动范围仍为球体内部，于是在第一层二氧化钛纤维基础上继续附着第二层二氧化钛纤维，相比于第一层纤维密些，且相互交叉；改变旋转角度和速度，再将模具插入其它孔，按上述方法继续甩丝，最终获得基本填满球形外壳，疏密相间的三维二氧化钛纤维球体前驱体。松开图1中的铝夹2，将铝制球形外壳1打开，取出二氧化钛纤维球前驱体置于程序升温炉中，采用特殊的程序升温热处理活化工艺对其进行25℃～700℃的水蒸汽热处理，制成二氧化钛纤维球。

将八束光导纤维3从所制成的二氧化钛纤维球4的一端穿过，从另一端抽出，均匀地缠绕在二氧化钛纤维球的外部，尾端伸入二氧化钛纤维球4不同的区域。