[发明专利]一种具有毛细输水和光催化吸附功能的柔性溴氧化铋-二氧化钛/碳纤维净水材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及功能材料领域，特别是一种具有毛细输水和光催化吸附功能 的柔性溴氧化铋-二氧化钛/碳纤维净水材料及其制备方法。

背景技术

近年来，水污染问题成为困扰人类生存和健康的重大问题。目前的污水 净化材料主要包括光催化材料和吸附材料，其中，基于光催化材料的半导体 光催化氧化技术是一种以半导体为催化剂利用光能降解有机污染物、产生新 能源的绿色环境治理技术。TiO₂具有化学稳定性强、成本低、氧化能力强、降 解效果好且无毒无污染等优点，是目前最常用的半导体光催化材料，但TiO₂能带较宽(Eg＝3.2eV)，只能利用太阳光中的紫外光，太阳光利用效率低， 并且粉末状TiO₂光催化剂的回收分离困难，难以重复使用，严重限制了其大 规模商业化推广。

申请人于之前申请了发明专利“一种可回收使用的卤氧化铋/二氧化钛 复合光催化剂及其制备方法”一文中提出了一种具有可回收性的复合光催化 剂，并进行了相应理化性质的深入研究，为之后的污水净化材料研究奠定了 深厚的科研基础。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有毛细输水和光催化吸附功能的柔性溴氧 化铋-二氧化钛/碳纤维净水材料及其制备方法，可以实现在污水的输送过程 中完成水净化的高效水处理系统，提出有机废水处理的可行性方案。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明公开了一种具有毛细 输水和光催化吸附功能的柔性溴氧化铋-二氧化钛/碳纤维净水材料及其制备 方法，净水材料为由TiO₂纳米纤维、BiOBr纳米片和碳纤维组成的宏观纳米异 质结构，具体的制备方法如下：

步骤A：TiO₂纳米纤维/碳纤维复合布的制备；

步骤B：溴氧化铋-二氧化钛/碳纤维水净化材料的制备。

其中，步骤A具体操作为：

a.在室温条件下，将洁净的碳纤维毡(4cm×13cm)浸泡在50mL体积 分数为15％的钛酸四丁酯/正己烷溶液中，5分钟后取出干燥；

b.将步骤(a)所得材料暴露在水蒸汽，2分钟后取出并干燥；

c.将步骤(b)所得材料重复a、b步骤三次；

d.在室温条件下，将0.5mL钛酸四正丁酯超声分散于40mL10mol/L 氢氧化钠溶液中，形成均匀的胶体，将所得溶液转移到聚四氟乙烯衬垫的 高压反应釜中；

e.将步骤d所得的均匀胶体转移至聚四氟乙烯衬垫的高压反应釜中， 并真空脱气处理，在200℃下反应48小时；

f.得到的固体经过水洗、酸洗、干燥、煅烧后得到TiO₂/碳纤维复合布。

其中，步骤B具体操作为：

a.将上述合成的TiO₂/碳纤维复合布放置于聚四氟乙烯衬垫的高压反应釜 中；

b.配置35mL0.05mol/LBi(NO₃)₃和0.05mol/LKBr的乙二醇溶液，并转 移到步骤a的高压反应釜中，在160℃下反应48小时；

c.得到的固体经过水洗，干燥，最终得到净水材料。

本发明具有以下有益效果：

1.本发明净水材料由BiOBr、TiO₂和碳纤维三元复合制成，模拟植物根系镶嵌 沙子结构，其中碳纤维模仿主根，TiO₂纳米纤维模仿须根，BiOBr纳米片模仿 沙子，从而模仿出植物根系镶嵌沙子的多孔网络结构特征和高效吸附、分离、 毛细输水的功能特性，并且还衍生出新颖的太阳光光催化氧化功能。

2.经过合理设计的净水材料，可以作为水处理系统的净水材料和水传输通道， 开发出可在污水的输送过程中完成水净化的高效水处理系统，为有机废水处 理提供了可行性方案。

3.本发明制备的净水材料在白天可以利用太阳光分解污水中的污染物，实现 水体净化。在夜间，可以利用吸附功能作为污染物收集器，实现水体净化， 具有多重水体净化功能。

附图说明

图1为本发明的制备流程示意图。

图2为本发明的净水材料的XRD图。

图3为本发明的净水材料的SEM图。

图4为本发明的净水材料的光学照片图。

图5为本发明的净水材料的光催化性能图。