[发明专利]一种二氧化钛和木炭的复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种二氧化钛和木炭的复合材料及其制备方法，属于半导体光催化剂领域。

背景技术

环境内分泌干扰物是指由于介入生物体内荷尔蒙的合成、分泌、输送、结合、反应和代谢，从而影响生物体的正常性维持，危害生殖、发育或行为的外源性物质。它们具有毒性持久性、危害潜伏性和生物积累性，并具有污染范围广、疏水性强和低浓度（常以ng/L）等特点，可通过食物链富集并逐级放大，经直接或间接途径进入人体并造成健康危害，已成为环境治理的热点和难点。

二氧化钛光催化技术是一种新的“环境友好型”的水处理技术，对多种有机物都有明显的降解效果，具有广阔的应用前景。但TiO₂光催化剂的比表面积有限，由于表面羟基大量存在，对非极性（疏水性）有机污染物基本没有吸附能力，而大量研究表明TiO₂表面生成的羟基自由基氧化有机物是光催化降解的（1）因此有机物在TiO₂表面的吸附是决定光催化降解动力学的关键因素之一。当利用二氧化钛处理环境中低浓度、高疏水性的环境内分泌干扰物时，光催化降解效率低，且常有降解中间体生成，有可能产生二次污染的问题。

为了解决这个问题，目前常将吸附技术与光催化技术相结合，使复合催化剂同时具备较高的吸附能力和光催化效率，并且由于较强的吸附能力而使可能产生的降解中间体来不及离开催化剂颗粒表面就被完全降解为CO₂和水，避免了二次污染。常用的吸附剂有沸石分子筛，碳质材料，天然有机质等。而生物质炭是碳质材料中的一种，包括活性炭、木炭、竹炭、炭黑等黑炭物质，它们具有发达的孔结构和较高的比表面积，高的吸附容量，已广泛应用于环境中重金属和有机污染物的吸附，并已经被用作二氧化钛的载体而制得二氧化钛/炭复合材料，具有较好的吸附/光催化协同功能，可联合去除低浓度有机污染物，具有较好的净化效果。

目前二氧化钛/炭复合材料的制备方法包括二氧化钛直接负载法和二氧化钛前驱体负载法。直接负载法就是将光活性的TiO₂（或掺杂二氧化钛）粉末配成分散液，采用直接机械混合或通过有机粘结剂结合的方式，将粉末固定于炭质载体上。申请号为CN201310204442和CN201310204445的中国发明专利采用直接机械混合、成型、硬化、活化焙烧、水洗、烘干等工艺步骤制备了两种（氮掺杂）二氧化钛/活性炭光催化剂。但该方法采用固-固直接机械混合，存在炭材料和二氧化钛之间结合能力弱，分散不均的问题。为了解决这个问题，申请号为CN200910053165的中国发明专利利用环氧树脂作为粘结剂，把二氧化钛和活性炭纤维结合，制得活性炭纤维负载纳米二氧化钛光催化网。该方法制得的材料具有较好的结合能力，但因有机粘结剂（环氧树脂，酚醛树脂等）的加入而使吸附活性和催化活性都有不同程度的下降，催化效率较低。二氧化钛前驱体负载法是将配制的二氧化钛前驱体溶液经过一系列的物理、化学的转变负载到炭材料上。申请号为CN201200093927和CN201310226774的中国发明专利配制了二氧化钛前驱体溶液，然后利用溶胶凝胶法制备了活性炭（竹炭）负载二氧化钛光催化剂，解决了悬浮体系中二氧化钛光催化剂回收难的问题。但制得的复合材料中的二氧化钛纳米粉体一般会包覆在炭材料的表面，易造成孔径堵塞，急剧减少了炭材料比表面积，降低吸附活性位点，使得吸附效果下降明显。另外制得的复合材料大多存在分散不均的问题。

利用上述已有技术制备的二氧化钛/炭复合材料存在的问题是：

（1）制备复合材料基本上分为两步，先得到具有强吸附能力的活性炭、炭黑和竹炭等，然后再通过二氧化钛直接负载法或二氧化钛前驱体负载法制得负载型二氧化钛，制备过程复杂，另外所用的炭材料一般需要活化，成本高；

（2）以炭材料和二氧化钛为原料，采用直接负载法制备的复合材料，存在炭材料与二氧化钛结合力不足（直接机械混合）的问题，或因有机粘结剂的加入使得吸附活性位点和催化活性位点都有不同程度的下降；

（3）采用二氧化钛前驱体负载法制得的二氧化钛/炭复合光催化剂，二氧化钛纳米粉体一般会包覆在炭材料的表面，且易造成炭材料的孔径堵塞，减少了炭材料的活性吸附位点，使得吸附效果下降明显，从而影响催化活性。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提出了一种二氧化钛和木炭的复合材料的制备方法，所述二氧化钛和木炭的复合材料可以通过吸附/光催化协同作用去除水体中低浓度、疏水性强、高毒性的环境内分泌干扰物；