[发明专利]二氧化钛/煤基多级孔薄膜泡沫炭复合材料及制备方法

说明书

本发明公开了一种二氧化钛/煤基多级孔薄膜泡沫炭复合材料的制备方法、复合材料和复合材料的应用，制备方法包括步骤：将煤样分离，得到疏中质组；将疏中质组压制成块体；将压制成块体的疏中质组置入管式炉内，在惰性气体保护下，进行炭化处理，并自然降温至室温，以得到泡沫炭；将泡沫炭置入高温管式活化炉中进行活化，活化气体为水蒸气或者CO₂，活化温度为700^{oC~950 oC，活化时间为10min~120min；采用二氧化钛悬浊液对多级孔薄膜泡沫炭进行浸渍处理；对浸渍处理后的多级孔薄膜泡沫炭进行干燥处理，得到复合材料。该制备方法简单、成本低，制备的复合材料能有效发挥光催化剂的催化活性，降解效率高、循环性好。}

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，尤其是涉及一种二氧化钛/煤基多级孔薄膜泡沫炭复合材料及其制备方法和复合材料的应用。

背景技术

光催化降解技术可以直接利用清洁可再生的太阳能催化氧化有机污染物，且对污染物的选择性低，矿化程度高，使其在环境净化领域具有显著的优势。光催化剂二氧化钛（TiO₂）在降解多种环境污染物上都表现出优异的能力，相比其它半导体光催化剂具有价廉、无毒、高活性、光辐射下的高稳定性等优势。然而，粉末状纳米二氧化钛在水溶液中易于凝聚和失活，形成悬浮液不易沉降，在实际应用中难以回收再利用。

相关技术中，通常将光催化剂二氧化钛负载在活性炭的表面来解决催化剂分离回收的问题，然而，由于活性炭是具有丰富微孔结构的吸附材料，二氧化钛负载于活性炭微孔表面后，在实际应用中，光线难以照射进入微孔道内，难以有效发挥光催化剂的催化活性，其降解有机污染物的过程实际为以吸附为主，而不是通过光催化氧化来降解有机污染物。同时，微孔主导的吸附扩散速率较慢，且多次反应后，吸附性能下降，因而使光催化剂降解效率降低，循环稳定性差。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种二氧化钛/煤基多级孔薄膜泡沫炭复合材料的制备方法，该制备方法制备得到的复合材料能有效发挥光催化剂的催化活性，降解效率高、循环性好，且制备方法简单，生产成本低。

本发明的第二个目的在于提出一种二氧化钛/煤基多级孔薄膜泡沫炭复合材料，该复合材料由上述制备方法制备而成。

本发明的第三个目的在于提出一种二氧化钛/煤基多级孔薄膜泡沫炭复合材料。

本发明的第四个目的在于提出了上述二氧化钛/煤基多级孔薄膜泡沫炭复合材料在光催化降解废水和/或废气中的有机污染物的用途。

在本发明的第一方面，本发明提出一种二氧化钛/煤基多级孔薄膜泡沫炭复合材料的制备方法，包括步骤：将煤样分离，得到疏中质组；将所述疏中质组压制成块体；将压制成块体的所述疏中质组置入管式炉内，在惰性气体保护下，进行炭化处理，并自然降温至室温，以得到泡沫炭；将所述泡沫炭置入高温管式活化炉中进行活化，活化气体为水蒸气或者CO₂，活化温度为700 ^oC ~950 ^oC，活化时间为10min~180min，以得到多级孔薄膜泡沫炭；采用二氧化钛悬浊液对所述多级孔薄膜泡沫炭进行浸渍处理；对浸渍处理后的所述多级孔薄膜泡沫炭进行干燥处理，得到复合材料。

根据本发明实施例的二氧化钛/煤基多级孔薄膜泡沫炭复合材料的制备方法，具有如下优点：

（1）以煤的疏中质组为原料经过炭化工艺和活化工艺得到的层次孔薄膜泡沫炭，再通过浸渍法将二氧化钛负载在泡沫炭上，制得二氧化钛/煤基多级孔薄膜泡沫炭复合材料。该制备方法所用原料来源广泛、工艺简单、制备方法可控、生产成本低廉，并可实现规模化制备。