CN115090076A - 一种石英玻璃纤维负载二氧化钛光触媒填料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种石英玻璃纤维负载二氧化钛光触媒填料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种石英玻璃纤维负载二氧化钛光触媒填料及其制备方法和应用，属于饮用水和空气中有机污染污染物的净化处理及消毒技术领域。本发明的光触媒填料的制备方法，包括以下步骤：S1：石英玻璃纤维预处理；S2：二氧化钛凝胶的两步制备法；S3：挂胶处理；S4：梯度热处理，获得石英玻璃纤维负载二氧化钛光触媒填料。本发明所制备的石英玻璃纤维负载的光触媒填料，玻璃丝表面二氧化钛光催化剂的厚度精确控制为3～5nm，形成的二氧化钛晶型为锐钛矿晶型和金红石晶型的混合晶型，锐钛矿晶型所占的比例为49％－63％。锻烧后光触媒层仅剩余TiO2催化剂及其改性物质，不含有其他对人体有害的物质，提高光催化活性。

Description

一种石英玻璃纤维负载二氧化钛光触媒填料及其制备方法和 应用
技术领域
本发明属于饮用水和空气中有机污染污染物的净化处理及消毒技术领域，尤其涉及一种石英玻璃纤维负载二氧化钛光触媒填料的制备方法和应用。
背景技术
饮用水的净化处理过程中，痕量溶解性有机物的净化处理通常采用臭氧氧化法或膜处理法。臭氧氧化能力较差，且臭氧无法储存，需要现用现制，处理技术复杂，成本高。膜处理法处理效率高，处理较彻底，但是膜法处理成本高，膜的寿命较短，处理过程中会产生大量的废水，造成水资源的浪费，同时也存在水质的二次污染问题。
在受污染空气中，挥发性有机物的处理方法众多，主要以高温燃烧法、催化氧化法、生物处理法等为主。但是高温燃烧法当温度较于800℃时，燃烧不彻底会产生二恶英等二次污染，同时高温燃烧法的处理成本较高。催化氧化法是目前应用较为广泛的处理方法，一般使用铑钯等贵金属制备为催化剂，而后在高温等条件下将空气中的挥发性有机物氧化为二氧化碳等无机物，从而消除空气中的污染，但是铑钯等贵金属的成本高昂，同时催化剂钝化后催化效率下降，处理不彻底。生物处理法成本较低，但是其处理效率低下，占地面积较大，同时对难溶解性有机物的处理也不彻底。
消毒是生活饮用水处理过程中不可或缺的处理环节。常规家用净水器或直饮水处理过程中大多采用紫外线消毒，但是紫外线消毒法对水中隐胞子虫等病原菌的灭活率较低，无法彻底消除水中的病原微生物，同时紫外线也没有持续消毒能力，易产生饮用水的二次污染。
石英玻璃为自然界广泛存在的矿物质，对人体无毒无害，其性质稳定，抗水、抗酸、抗盐及抗大气腐蚀性能高，同时对紫外光具有较高的穿透性，因此，利用石英玻璃纤维为载体形成光触媒材料，能有效地提高紫外光的利用效率。
发明内容
为了解决上述背景技术中所提到的技术问题，本发明的目的在于提供一种石英玻璃纤维负载二氧化钛光触媒填料的制备方法和应用，本发明制备方法获得的石英玻璃纤维负载二氧化钛光触媒填料，应用于消除饮用水和空气中有机物污染物，该方法能够在降解水或空气中有机物污染物的同时灭活水或空气中的病原微生物。
为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：
一种石英玻璃纤维负载二氧化钛光触媒填料的制备方法，包括以下步骤：
S1：石英玻璃纤维预处理：
将石英玻璃纤维裁减为长度10－15厘米的玻璃丝的单丝，经异丙醇浸泡液浸泡超声清洗后，采用盐酸浸泡液浸泡超声清洗，升温至100-105℃温度热处理2小时，完成石英玻璃纤维预处理；
S2：二氧化钛凝胶的制备，包括以下步骤：
S21.按体积比量取以下物质组成溶液一，包括10～20％钛酸丁酯、80～85％无水乙醇、1～5％水、1～5％硝酸、1～5％盐酸混合均匀，制备成溶液一；溶液一中无水乙醇的主要功能是对钛酸丁酯进行稀释，以防止高浓度的钛酸丁酯的水解反应速度过快而形成TiO2大颗粒聚集，这里控制无水乙醇的加入量是关键；另外，溶液pH大小也会显著影响钛醇盐的消解速度和水解生成物；此步骤的主要功能是获得性状稳定、均一的钛凝胶液，为后续的挂胶做前期准备；
S22.按质量比称取以下物质组成溶液二，包括80～95％钛酸丁酯、1～5％乙酰丙酮、1～5％乙酸、1～5％乙酸钠、1～5％磷酸二氢钾，1～5％磷酸氢二钾，1～5％异丙醇，混合均匀，形成溶液二；溶液二中乙酰丙酮的主要功能是敖合剂，其主要目的是强化钛酸丁酯与改性剂的结合，乙酸及乙酸钠的主要功能是催化剂，加快改性剂与钛酸丁酯的反应，磷酸二氢钾及磷酸氢二钾均为改性剂，其主要功能是强化TiO2催化剂的活性及性能；
S23.将S22制备的溶液二加入到S21制备的溶液一中，形成溶液三，将溶液三快速搅拌10～30min，静置陈化24～36小时，获得二氧化钛凝胶；步骤S23过程主要目的是使钛酸丁酯与水反应形成钛盐的溶胶体过程；
S3：挂胶处理：
将经过S1预处理后的石英玻璃纤维浸泡在S23制备的二氧化钛凝胶中5～10分钟后，缓慢拉起悬挂到固定台架上至凝胶不再下滴时，在-50～-60℃的条件下预冷10～30分钟后，在-50～-60℃、10～20Pa的条件下真空冷冻干燥24～36小时；步骤S3的主要目的是使钛盐的溶胶体负载到玻璃纤维表面，并失去一部分水，形成TiO2溶胶；
S4：热处理：
将步骤S3挂胶处理后的材料在锻烧炉中进行热处理，热处理的升温程序为：
S41.以2－5℃/分钟的速度升温到100－150℃，保持恒温20分钟；
S42.以3－5℃/分钟的速度升温到350－400℃，保持恒温30分钟；
S43.以5－10℃/分钟的速度升温到550－600℃，保持恒温3－5小时；
S44.将步骤S43处理后的材料转移到降温室，在3－5小时内冷却降温至室温，获得石英玻璃纤维负载二氧化钛光触媒填料。
步骤S1中所述的石英玻璃纤维为二氧化硅含量99％以上的石英玻璃拉丝型纤维；玻璃丝的单丝直径为6-9μm，不限制玻璃丝的横截面形状，可以为不规则的单丝横截面形状或规则的圆形截面。
步骤S1中所述异丙醇浸泡液为异丙醇和纯净水的混合液；所述异丙醇的质量浓度为5－10％。
步骤S1中所述盐酸浸泡液为水：盐酸体积比为50－90％：10－50％。此处所述的盐酸为37％的浓盐酸。
步骤S1所述的石英玻璃纤维预处理，具体包括以下步骤：
S11.将石英玻璃纤维裁减为长度10－15厘米的单丝，打散；
S12.将打散后的石英玻璃纤维在异丙醇浸泡液中浸泡10－20分钟后，在异丙醇浸泡液中在频率28KHZ的超声器内清洗(超声器频率28KHz)5-10分钟后，用去离子水冲洗3－5次；步骤S12的主要目的是清除玻璃纤维表面粘附的有机物；
S13.将S12处理后的石英玻璃纤维用盐酸浸泡液中浸泡10－20分钟后，在盐酸浸泡液中超声清洗(超声器频率28KHz)5-10分钟后，用去离子水冲洗3－5次；步骤S13的主要目的是清除玻璃纤维中所含的有害金属离子；
S14.将S13处理后的石英玻璃纤维取出凉干，再放入热处理炉中，以5℃/min的升温速度升温至100-105℃，保持100-105℃温度2小时进行热处理，而后取出放凉至常温；
作为优选的实施方式，根据玻璃纤维表面凝胶层厚度的需求，步骤S3的挂胶处理根据厚度需要重复1-3次。
一种石英玻璃纤维负载二氧化钛光触媒填料由上述制备方法获得。
优选的，制备获得的石英玻璃纤维负载二氧化钛光触媒填料，由石英玻璃纤维和负载于玻璃丝表面的混合晶型二氧化钛催化剂层共同组成。
优选的，所述的负载于玻璃丝表面的混晶型二氧化钛催化剂层的厚度精确控制为3－5nm，二氧化钛的晶粒直径为27.37-43.69nm，所述的混合晶型为锐钛矿和金红石晶型的混合晶型。
上述制备方法获得的石英玻璃纤维负载二氧化钛光触媒填料在水或空气处理的光触媒填料中应用。当采用紫外光催化时，紫外光能够穿透石英玻璃，因此在催化剂层的内外表面同时获得紫外光的照射，能显著地提高二氧化钛的催化效率和紫外光能量的利用效率。
本发明的步骤S2二氧化钛凝胶的制备方法，通过溶液一与溶液二的两步处理法，其主要优点有四个方面：首先能有效与控制钛醇盐的水解速度及精确地控制凝胶液的pH值以获得性质稳定、均一的凝胶液；其次，能有效地控制TiO2颗粒的大小，对后期TiO2晶粒大小和晶型分布均有重要作用；第三，能有效地控制凝胶的粘度，进而控制TiO2催化剂在载体表面的负载厚度；第四，能有效地控制钛醇盐与水、敖合剂、催化剂及改性剂的反应速度，达到精确地控制凝胶体的陈化过程，控制后期凝胶体在载体表面的均匀聚缩。
本发明步骤S41为干燥脱水阶段，将凝胶层中剩余水份蒸发，防止凝胶层中多余水份在高温锻烧过程中影响催化剂与载体材料的结合稳定性。
步骤S4的热处理主要目的是使钛溶胶进一步聚缩，并脱水，并形成矿物晶粒，通过锻烧温度及恒温时间来控制TiO2晶型结构及其排列，最终控制晶粒直径，从而达到提高光催化效果的目的。
经过上述技术过程，本发明的有益效果为：
1、根据上述过程所制备的石英玻璃纤维负载的光触媒填料，玻璃丝表面二氧化钛光催化剂的厚度精确控制为3～5nm，，通过精确温度控制能控制二氧化钛的晶粒直径为27.37～43.69nm，形成的二氧化钛晶型为锐钛矿晶型和金红石晶型的混合晶型，锐钛矿晶型所占的比例为49％－63％。锻烧后光触媒层仅剩余TiO2催化剂及其改性物质，不含有其他对人体有害的物质，提高光催化活性。
2、本发明所制备的玻璃纤维负载型二氧化钛光触媒填料，当采用紫外光催化时，紫外光能够穿透石英玻璃，因此在催化剂层的内外表面同时获得紫外光的照射，能显著地提高二氧化钛的催化效率和紫外光能量的利用效率。
3、紫外光消毒与光催化消毒相结合，能提高对水和空气中的致病菌的灭活效率，尤其对水中隐胞子虫等常规消毒手段难以灭活的致病菌具有很高的灭活效果，在消毒的同时光催化降解水和空气中难解有机污染物，实现对水或空气的同时净化效果。
附图说明
图1为本实施例所制备的负载三层催化剂的光触媒填料的SEM图。
图2为不同锻烧温度条件下光触媒填料的XRD图。图2A的煅烧温度为450℃；图2B的煅烧温度为500℃；图2C的煅烧温度为550℃；图2D的煅烧温度为650℃；图2E的煅烧温度为700℃。
图3为动态消毒试验的装置图；其中1为进水，2为紫外灯，3为出水，4为光触媒填料。
图4为实施例一制备获得的光触媒填料对水中苯酚进行光催化降解试验结果图。
图5为实施例一采用负载3层光催化剂的填料对空气中甲醛HCHO和总有机挥发物TVOC的进行光催化降解试验结果图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
为了解决背景技术中所提到的技术问题，本发明提供了一种石英玻璃纤维负载二氧化钛光触媒填料及其制备方法和应用，本发明制备方法获得的石英玻璃纤维负载二氧化钛光触媒填料，应用于消除饮用水和空气中有机物污染物，该应用同时能够在净化有机物污染物的同时灭活水或空气中的病原微生物。
实施例一：
本发明实施例一提供一种石英玻璃纤维负载二氧化钛光触媒填料，将二氧化钛混晶型光催化剂层负载于石英玻璃纤维表面组成光触媒填料。所述石英玻璃纤维为二氧化硅含量99.7％以上的石英玻璃拉丝型纤维。玻璃丝的单丝平均直径为8.71μm，单丝横截面形状为规则的圆形截面。
一种石英玻璃纤维负载二氧化钛光触媒填料的制备方法，包括以下步骤：
S1.石英玻璃纤维预处理方法，包括以下步骤：
S11.将石英玻璃纤维裁减为长度15厘米的单丝，打散；
S12.将玻璃纤维在浓度为10％(质量比)的异丙醇和纯净水的混合液中浸泡20分钟，而后在异丙醇浸泡液中超声清洗(超声器频率28KHz)10分钟后，用去离子水冲洗5次；
S13.将S12处理后的玻璃纤维用包含50％水、50％盐酸(体积比)的酸性溶液中浸泡20分钟，而后在盐酸浸泡液中超声清洗(超声器频率28KHz)10分钟后，用去离子水冲洗5次；步骤S13中所述的盐酸为37％的浓盐酸；
S14.将S13处理后的玻璃纤维取出凉干，再放入热处理炉中，以5℃/min的升温速度升温至105℃，保持此温度2小时进行热处理，而后取出放凉至常温；
S2.二氧化钛凝胶的制备方法，包括以下步骤：
S21.按体积比量取以下物质组成溶液一，包括10％钛酸丁酯、80％无水乙醇、2.5％水、5％浓硝酸、2.5％浓盐酸混合均匀，制备成溶液一；
S22.按质量比称取以下物质组成溶液二，包括80％钛酸丁酯、5％乙酰丙酮、5％乙酸、1.5％乙酸钠、1.5％磷酸二氢钾，5％磷酸氢二钾，2％丙醇，混合均匀，形成溶液二；
S23.将S22制备的溶液二加入到S21制备的溶液一中，形成溶液三，将溶液三快速搅拌30min，静置陈化24小时；
S3.挂胶过程
将经过S1处理后的玻璃丝浸泡在S2制备的溶液三中10分钟，而后缓慢拉起悬挂到固定台架上至凝胶不再下滴时，放入冷冻机在-50～-60℃的条件下预冷30分钟。而后在-50～-60℃、10～20Pa的条件下真空冷冻干燥24小时。重复挂胶过程3次；
S4.热处理过程
将挂胶过程所制备的材料在锻烧炉中进行热处理，升温程序为：
S41.首先以5℃/分钟的速度升温到150℃，保持恒温30分钟；
S42.以5℃/分钟的速度升温到350℃，保持恒温30分钟；
S43.以5℃/分钟的速度升温到550℃，保持恒温5小时；
S44.将S43处理后的材料转移到降温室，在5小时内冷却降温至室温。
所制备的光触媒填料其比表面积为0.2033m2/g，玻璃纤维表面二氧化钛的负载量为53.007mg/g，二氧化钛负载层的厚度为3.13nm，玻璃纤维表面二氧化钛的晶型为锐钛矿与金红石型的混合晶型，其中锐钛矿型所占的比例为63.21％。图1为本实施例所制备的负载三层催化剂的光触媒填料的SEM图。图2为不同锻烧温度条件下光触媒填料的XRD图(图2A至图2E的煅烧温度分别为450℃，500℃，550℃，650℃，700℃)。
根据公式：
Figure BDA0003730506800000071
式中χ为混晶矿中锐钛矿相所占的分数，％；IR为锐钛矿相(2θ＝25.3°)X射线CPS衍射峰的强度；IA为金红石矿相(2θ＝27.4°)X射线CPS衍射峰的强度；
可以计算出，不同锻烧温度条件下TiO2光催化剂中锐钛矿相所占的分数，表一所示为实施例一挂胶条件下，不同锻烧温度处理后催化剂中锐钛矿相所占的比例。
表一不同锻烧温度下催化剂中锐钛矿相所占的比例
Figure BDA0003730506800000072
实施例二：
本发明实施例二提供一种石英玻璃纤维负载二氧化钛光触媒填料，将二氧化钛混晶型光催化剂层负载于石英玻璃纤维表面组成光触媒填料。所述玻璃纤维为二氧化硅含量99.5％以上的石英玻璃拉丝型纤维。玻璃丝的单丝平均直径一般为12.16μm，单丝横截面形状为规则的圆形截面。
一种石英玻璃纤维负载二氧化钛光触媒填料，包括以下步骤：
S1：石英玻璃纤维预处理方法，包括以下步骤：
S11：将石英玻璃纤维裁减为长度10厘米的单丝，打散；
S12：将打散后的玻璃纤维在浓度为10％(质量比)的异丙醇和纯净水的混合液中浸泡20分钟，而后在异丙醇浸泡液中超声清洗(超声器频率28KHz)10分钟后，用去离子水冲洗5次；
S13：将S12处理后的玻璃纤维用包含50％水、50％盐酸(体积比)的酸性溶液中浸泡20分钟，而后在盐酸浸泡液中超声清洗(超声器频率28KHz)10分钟后，用去离子水冲洗5次；步骤S13中所述的盐酸为37％的浓盐酸。
S14：将S13处理后的玻璃纤维取出凉干，再放入热处理炉中，以5℃/min的升温速度升温至105℃，保持此温度2小时进行热处理，而后取出放凉至常温；
S2：二氧化钛凝胶的制备方法，包括以下步骤：
S21：按体积比量取以下物质组成溶液一，包括5％钛酸丁酯、85％无水乙醇、1.5％水、5％浓硝酸、3.5％浓盐酸混合均匀，制备成溶液一；
S22：按质量比称取以下物质组成溶液二，包括85％钛酸丁酯、5％乙酰丙酮、5％乙酸、1％乙酸钠、1.5％磷酸二氢钾，1.5％磷酸氢二钾，1％异丙醇，混合均匀，形成溶液二；
S23：将S22制备的溶液二加入到S21制备的溶液一中，形成溶液三，将溶液三快速搅拌30min，静置陈化36小时。
S3：挂胶过程
将经过S1处理后的玻璃丝浸泡在S2制备的溶液三中10分钟，而后缓慢拉起悬挂到固定台架上至凝胶不再下滴时，放入冷冻机在-50～-60℃的条件下预冷30分钟。而后在-50～-60℃、10～20Pa的条件下真空冷冻干燥36小时；
S4：热处理过程
将挂胶过程所制备的材料在锻烧炉中进行热处理，:升温程序为：
S41：首先以5℃/分钟的速度升温到100℃，保持恒温20分钟；
S42：以5℃/分钟的速度升温到300℃，保持恒温30分钟；
S43：以5℃/分钟的速度升温到600℃，保持恒温5小时；
S44：将S43处理后的材料转移到降温室，在5小时内冷却降温至室温。
所制备的光触媒填料其比表面积为0.1735m2/g，玻璃纤维表面二氧化钛的负载量为41.107mg/g，二氧化钛负载层的厚度为1.82nm，玻璃纤维表面二氧化钛的晶型为锐钛矿与金红石型的混合晶型，其中锐钛矿型所占的比例为63.69％。
实施例三：
本发明实施例三提供一种石英玻璃纤维负载二氧化钛光触媒填料，将二氧化钛混晶型光催化剂层负载于石英玻璃纤维表面组成光触媒填料。所述玻璃纤维为二氧化硅含量99.5％以上的石英玻璃拉丝型纤维。玻璃丝的单丝平均直径一般为6.49μm，单丝横截面形状为规则的圆形截面。
一种石英玻璃纤维负载二氧化钛光触媒填料，包括以下步骤：
S1：石英玻璃纤维预处理方法，包括以下步骤：
S11：将石英玻璃纤维裁减为长度15厘米的单丝，打散；
S12：将打散后的玻璃纤维在浓度为10％(质量比)的异丙醇和纯净水的混合液中浸泡20分钟，而后在异丙醇浸泡液中超声清洗(超声器频率28KHz)10分钟后，用去离子水冲洗5次；
S13：将S12处理后的玻璃纤维用包含50％水、50％盐酸(体积比)的酸性溶液中浸泡20分钟，而后在盐酸浸泡液中超声清洗(超声器频率28KHz)10分钟后，用去离子水冲洗5次；此处所述的盐酸为37％的浓盐酸；
S14：将S13处理后的玻璃纤维取出凉干，再放入热处理炉中，以5℃/min的升温速度升温至105℃，保持此温度2小时进行热处理，而后取出放凉至常温。
S2：二氧化钛凝胶的制备方法，包括以下步骤：
S21：按体积比量取以下物质组成溶液一，包括7.5％钛酸丁酯、82.5％无水乙醇、2.5％水、5％浓硝酸、3.5％浓盐酸混合均匀，制备成溶液一；
S22：按质量比称取以下物质组成溶液二，包括82.5％钛酸丁酯、5％乙酰丙酮、2.5％乙酸、2.5％乙酸钠、2.5％磷酸二氢钾，2.5％磷酸氢二钾，2.5％异丙醇，混合均匀，形成溶液二；
S23：将S22制备的溶液二加入到S21制备的溶液一中，形成溶液三，将溶液三快速搅拌30min，静置陈化24小时；
S3：挂胶过程
将经过S1处理后的玻璃丝浸泡在S2制备的溶液三中10分钟，而后缓慢拉起悬挂到固定台架上至凝胶不再下滴时，放入冷冻机在-50～-60℃的条件下预冷30分钟。而后在-50～-60℃、10～20Pa的条件下真空冷冻干燥36小时。重复挂胶过程3次。
S4：热处理过程
将挂胶过程所制备的材料在锻烧炉中进行热处理，升温程序为：
S41：首先以5℃/分钟的速度升温到150℃，保持恒温20分钟。
S42：以5℃/分钟的速度升温到350℃，保持恒温50分钟。
S43：以5℃/分钟的速度升温到500℃，保持恒温10小时。
S44：将S43处理后的材料转移到降温室，在5小时内冷却降温至室温。
所制备的光触媒填料其比表面积为0.2764m2/g，玻璃纤维表面二氧化钛的负载量为57.107mg/g，二氧化钛负载层的厚度为3.95nm，玻璃纤维表面二氧化钛的晶型为锐钛矿与金红石型的混合晶型，其中锐钛矿型所占的比例为55.83％。
按照实施例一至三的制备方法制备不同的玻璃纤维负载二氧化钛光触媒填料，并对该填料分别进行水中细菌的消毒试验、水中有机污染物的降解试验及空气中有机污染物的降解试验。
具体的，水中细菌的消毒试验按照《紫外线消毒器标准》(GB28235-2020)进行，取第3代的36℃±1℃培养24h的新鲜大肠杆菌斜面培养物，用生理盐水洗下菌苔，用生理盐水稀释成5.7×104CFU/ml的大肠杆菌悬液，再将大肠杆菌悬液加入蒸馏水中，使其含菌量达到5.7×104CFU/100mL，对其采用图3所示的动态消毒试验(其中1为进水，2为紫外灯，3为出水，4为光触媒填料)，图3中紫外灯的功率为5W，紫外线的波长为285nm。控制水流在消毒器内的停留时间以调控消毒接触时间。
采用实施例一～三所制备的光触媒材料为填料进行水中大肠杆菌消毒的试验结果如表二所示。
表二大肠杆菌在不同光触媒作用下的动态消毒试验结果
消毒接触时间(min) 1 2 5 10 20 30
无填料(CFU/100ml) 9 4 4 1 0 0
实施例一(CFU/100ml) 1 0 0 0 0 0
实施例二(CFU/100ml) 1 0 0 0 1 0
实施例三(CFU/100ml) 1 0 1 0 0 0
在实施例一优选的制备条件下，分别采用负载1－3层光催化剂的填料对水中苯酚进行光催化降解试验，苯酚初始浓度为30mg/L，紫外线波长为UV365，灯管功率为35W，光照平均强度为49mj/cm2的条件下，所得结果如图4所示，负载三层催化剂的光触媒填料在反应时间为3h后对水中苯酚的降解率可达到75％以上。
在实施例一优选的制备条件下，分别采用负载3层光催化剂的填料对空气中甲醛HCHO和总有机挥发物TVOC的进行光催化降解试验。试验在内径为500mm，高200mm的密封试验箱内进行，所采用的紫外线波长为UV280，在试验箱顶部均匀分布有三个5W的紫外灯。图5所示高的初始污染物浓度长期保持下的试验结论，表明负载三层催化剂的光触媒填料在反应时间为4h后对空气中有机污染物的降解率在高浓度条件下可达到99％以上(其中图5中下曲线为甲醛、上曲线为总挥发性有机物)，经4小时催化反应后试验箱内污染物浓度均低于《室内空气质量标准》(GB18883－2002)的要求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种石英玻璃纤维负载二氧化钛光触媒填料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：石英玻璃纤维预处理：
将将石英玻璃纤维裁减为长度10－15厘米的玻璃丝的单丝，经异丙醇浸泡液浸泡超声清洗后，采用盐酸浸泡液浸泡超声清洗，升温至100-105℃温度热处理2小时，完成石英玻璃纤维预处理；
S2：二氧化钛凝胶的制备，包括以下步骤：
S21.按体积比量取以下物质组成溶液一，包括10～20％钛酸丁酯、80～85％无水乙醇、1～5％水、1～5％硝酸、1～5％盐酸混合均匀，制备成溶液一；
S22.按质量比称取以下物质组成溶液二，包括80～95％钛酸丁酯、1～5％乙酰丙酮、1～5％乙酸、1～5％乙酸钠、1～5％磷酸二氢钾，1～5％磷酸氢二钾，1～5％异丙醇，混合均匀，形成溶液二；
S23.将S22制备的溶液二加入到S21制备的溶液一中，形成溶液三，将溶液三快速搅拌10～30min，静置陈化24～36小时，获得二氧化钛凝胶；
S3：挂胶处理：
将经过S1预处理后的石英玻璃纤维浸泡在S23制备的二氧化钛凝胶中5～10分钟后，缓慢拉起悬挂到固定台架上至凝胶不再下滴时，在-50～-60℃的条件下预冷10～30分钟后，在-50～-60℃、10～20Pa的条件下真空冷冻干燥24～36小时；
S4：热处理：
将步骤S3挂胶处理后的材料在锻烧炉中进行热处理，热处理的升温程序为：
S41.以2－5℃/分钟的速度升温到100－150℃，保持恒温20分钟；
S42.以3－5℃/分钟的速度升温到350－400℃，保持恒温30分钟；
S43.以5－10℃/分钟的速度升温到550－600℃，保持恒温3－5小时；
S44.将步骤S43处理后的材料转移到降温室，在3－5小时内冷却降温至室温，获得石英玻璃纤维负载二氧化钛光触媒填料。
2.根据权利要求1所述的石英玻璃纤维负载二氧化钛光触媒填料的制备方法，其特征在于：步骤S1中所述的石英玻璃纤维为二氧化硅含量99％以上的石英玻璃拉丝型纤维；所述玻璃丝的单丝直径为6-9μm。
3.根据权利要求1所述的石英玻璃纤维负载二氧化钛光触媒填料的制备方法，其特征在于：步骤S1中所述异丙醇浸泡液为异丙醇和纯净水的混合液；所述异丙醇的质量浓度为5－10％。
4.根据权利要求1所述的石英玻璃纤维负载二氧化钛光触媒填料的制备方法，其特征在于：步骤S1中所述盐酸浸泡液为水：盐酸体积比为50－90％：10－50％。
5.根据权利要求1所述的石英玻璃纤维负载二氧化钛光触媒填料的制备方法，其特征在于：步骤S1所述的石英玻璃纤维预处理，具体包括以下步骤：
S11.将石英玻璃纤维裁减为长度10－15厘米的单丝，打散；
S12.将打散后的石英玻璃纤维在异丙醇浸泡液中浸泡10－20分钟后，在异丙醇浸泡液中超声清洗5-10分钟后，用去离子水冲洗3－5次；
S13.将S12处理后的石英玻璃纤维用盐酸浸泡液中浸泡10－20分钟后，在盐酸浸泡液中超声清洗5-10分钟后，用去离子水冲洗3－5次；
S14.将S13处理后的石英玻璃纤维取出凉干，再放入热处理炉中，以5℃/min的升温速度升温至100-105℃，保持100-105℃温度2小时进行热处理，而后取出放凉至常温。
6.根据权利要求1所述的石英玻璃纤维负载二氧化钛光触媒填料的制备方法，其特征在于：根据玻璃纤维表面凝胶层厚度的需求，步骤S3的挂胶处理根据厚度需要重复1-3次。
7.一种石英玻璃纤维负载二氧化钛光触媒填料，其特征在于：由权利要求1-6任一项所述制备方法获得。
8.根据权利要求7所述的石英玻璃纤维负载二氧化钛光触媒填料，其特征在于：由石英玻璃纤维和负载于玻璃丝表面的混合晶型二氧化钛催化剂层共同组成。
9.根据权利要求8所述的石英玻璃纤维负载二氧化钛光触媒填料，其特征在于：所述的负载于玻璃丝表面的混晶型二氧化钛催化剂层的厚度精确控制为3－5nm，二氧化钛的晶粒直径为27.37-43.69nm，所述的混合晶型为锐钛矿和金红石晶型的混合晶型。
10.权利要求1-6任一项所述的制备方法获得的石英玻璃纤维负载二氧化钛光触媒填料在水或空气处理的光触媒填料中应用。
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