[发明专利]一种二氧化钛纳米花改性聚丙烯腈纳米纤维脱硫剂及制法

说明书

本发明涉及聚丙烯腈纳米纤维脱硫剂技术领域，且公开了一种二氧化钛纳米花改性聚丙烯腈纳米纤维脱硫剂，合成二氧化钛过程中，氢氟酸对TiO₂进行刻蚀，得到二氧化钛纳米花，其与甲苯二异氰酸酯反应，同时异氰酸酯基团脱水形成氨基，引入氨基，合成了氨基化二氧化钛，氨基化二氧化钛与2‑溴异丁基酰溴反应，合成2‑溴异丁酯化二氧化钛，以2‑溴异丁酯化二氧化钛纳米花为ATRP引发剂，引发丙烯腈聚合，当纤维受到光辐射，二氧化钛产生光生电子和空穴，与水反应生成羟基自由基，可以将SO₂氧化成SO₃，SO₃水反应生成SO₄^2‑，达到脱硫效果，同时聚丙烯腈纤维是优良的催化剂载体，可以重复使用，有效地提高了纳米二氧化钛的循环利用性。

技术领域

本发明涉及聚丙烯腈纳米纤维脱硫剂技术领域，具体为一种二氧化钛纳米花改性聚丙烯腈纳米纤维脱硫剂及制法。

背景技术

随着煤炭的广泛使用，致使空气中存在着大量的SO₂和NO_X等，这些大气污染物极大地威胁着生态环境和人类健康，传统的脱硫脱硝技术主要包括电子束法，活性炭加氨吸附法和氧化还原法等，二氧化钛是一种无毒、化学性质稳定、光催化效果好的纳米材料，在塑料、涂料和光催化降解材料等领域有着重要的应用，然而传统的纳米二氧化钛比表面积较小，对光能的吸收率较差，同时与反应物SO₂和NO_X等大气污染物的反应接触面积较小，另外，单纯的纳米二氧化钛作为光催化脱硫剂经光催化反应后悬浮在溶液中，难以回收利用，因此存在着易失活、循环利用能力差等缺陷，因此需要对纳米二氧化钛进行形貌改进，提高其表面积，增加气固接触面积和光能利用率，同时对纳米二氧化钛表面进行功能化改性，并与聚丙烯腈等有机高分子材料进行复合，形成复合型光催化脱硫剂，以改善纳米二氧化钛易失活以及循环利用能力差的缺陷。

聚丙烯腈纤维被称为“人造羊毛”，拥有着优良的纤维特性和纺织工艺，在室外织物、船帆和军用帆布等领域有着重要的应用，随着时代的发展，人们对聚丙烯腈纤维的使用要求越来越高，普通的聚丙烯腈纤维已经不能够满足科技日益发展的需求，传统的聚丙烯腈纤维不具有光催化脱硫脱硝的作用，通过将纳米二氧化钛与聚丙烯腈纤维复合，形成复合型光催化脱硫脱硝剂，结合两者的优势，赋予聚丙烯腈纤维光催化脱硫脱硝性能，从而有效地拓宽了聚丙烯腈纤维的应用领域。

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种二氧化钛纳米花改性聚丙烯腈纳米纤维脱硫剂及制法，解决了纳米二氧化钛作为光催化剂循环利用能力较差的问题，同时解决了聚丙烯纤维不具有光催化脱硫脱硝性能的问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种二氧化钛纳米花改性聚丙烯腈纳米纤维脱硫剂，所述二氧化钛纳米花改性聚丙烯腈纳米纤维脱硫剂的制法包括以下步骤：

(1)向浓度为2.5％的氢氟酸溶液中加入钛粉，分散均匀后转移至反应釜中，置于烘箱中反应，产物离心、洗涤并干燥后转移至马弗炉中退火处理，得到二氧化钛纳米花；

(2)向圆底烧瓶中加入甲苯、甲苯二异氰酸酯和二氧化钛纳米花，在氮气氛围中超声分散10-30min后，转移至油浴锅中进行反应，产物冷却后洗涤、离心分离，得到异氰酸酯化二氧化钛纳米花；

(3)向圆底烧瓶中加入蒸馏水、异氰酸酯化二氧化钛纳米花，超声分散均匀后置于油浴锅中反应，产物过滤、干燥，得到氨基功能化二氧化钛纳米花；

(4)向圆底烧瓶中加入乙腈、氨基功能化二氧化钛纳米花，在冰水浴中超声搅拌0.5-2h后，加入三乙胺，继续搅拌20-40min，加入2-溴异丁基酰溴进行反应，产物过滤、洗涤并干燥，得到2-溴异丁酯化二氧化钛纳米花；