申请日2013.01.29
公开(公告)日2013.05.08
IPC分类号B01J21/06; C02F103/28; C02F1/72; C02F1/32
摘要
本发明涉及一种大管径TiO2纳米管、其合成方法及其在光催化降解造纸废水中的应用，将CTAB和尿素先后加入到蒸馏水和无水乙醇混合溶液中，搅拌成透明溶液，将TiOSO4在搅拌下加入到透明溶液中，升温至80°C且在此温度下持续搅拌反应得白色沉淀，经抽滤，洗涤，干燥，研磨煅烧得到大管径TiO2纳米管光催化剂。其管径500-600nm，管壁厚400-500nm，长6-8μm，对造纸废水中的COD具有较高的去除率。
权利要求书
1.一种大管径TiO2纳米管，其管径500-600nm，管壁厚400-500nm，长6-8μm。
2.一种大管径TiO2纳米管的合成方法，其特征是，包括步骤如下：
(1)将反应器置于油浴中，常温条件下向反应器中加入体积比1:1的蒸馏水和无水乙 醇;
(2)将十六烷基三甲基溴化铵CTAB和尿素先后加入到上述混合溶液中，搅拌成透明 溶液;
(3)将TiOSO4在搅拌下加入到步骤(2)的透明溶液中，得到悬浮液;
(4)将上述悬浮液搅拌升温至80°C且在此温度下持续搅拌反应7-9h，得到白色沉淀;
(5)将上述白色沉淀进行抽滤，洗涤，干燥，研磨后，400-500°C条件下煅烧4-6h 得到大管径TiO2纳米管光催化剂。
3.根据权利要求2所述的一种大管径TiO2纳米管的合成方法，其特征是，步骤(1)的 蒸馏水与步骤(2)的尿素、CTAB及步骤(3)的TiOSO4的摩尔比为173.61：5-6.25： 0.0625-0.125：1。
4.根据权利要求3所述的一种大管径TiO2纳米管的合成方法，其特征是，步骤(1)的 蒸馏水与步骤(2)的尿素、CTAB及步骤(3)的TiOSO4的摩尔比为173.61：5：0.0625：1。
5.根据权利要求2所述的一种大管径TiO2纳米管的合成方法，其特征是，步骤(5)所 述的干燥为60°C干燥12h。
6.根据权利要求2所述的一种大管径TiO2纳米管的合成方法，其特征是，所述的煅烧 为500°C条件下煅烧4h。
7.权利要求1所述的大管径TiO2纳米管在光催化降解造纸废水中的应用。
8.权利要求7所述的应用方法，其特征是，按1.0g·L-1的量将大管径TiO2纳米管加入 造纸废水中，在黑暗条件下超声分散30min，置于光催化反应器中，使用汞灯进行紫外光照 射10-14h，照射中连续通氧，通氧速率为200mL·min-1。
说明书
一种大管径TiO2纳米管、其合成方法及其在光催化降解造纸废水中的应用
技术领域
本发明涉及一种降解造纸废水大管径TiO2纳米管光催化剂及其制备方法，属于材料合成 技术领域。
背景技术
纸浆造纸工业是我国国民经济的重要组成部分，然而其也成为我国水污染的污染源之一。 造纸工业污染严重，废水排放量大，含有较高浓度的生物难降解的木质素和纤维素。造纸废 水排放到河流中，纤维悬浮物含有大量的有机物，当这些有机物发酵分解后会消耗大量的氧 气，从而会使水质变差。造纸废水中也含有大量的具有持久性的有毒物质，在环境中滞留时 间特别长，而且会随着食物链富集对处于高等食物链的人类健康造成危害。当前我国处理造 纸废水的主要技术是物理和生物结合的方法，但是处理后的造纸废水仍有较多的苯环结构木 素类高分子有机物、废水的色度和COD仍较高。近年来，光催化技术在降低纸浆造纸废水的 毒性和色度方面的优势越来越为人们所关注，高稳定以及高光催化活性的TiO2光催化剂在紫 外光诱导下可产生具有强氧化性的羟基自由基·OH，将难降解的木素迅速矿化，从而达到排 放标准。
TiO2因其独特的光散射性质、化学稳定性和无毒性而被广泛地应用于光催化剂、气敏传 感器、染料敏化太阳能电池和光电材料。TiO2作为光催化剂有多种存在形式，例如纳米薄膜、 纳米颗粒、纳米带、纳米线、纳米棒等，制备这些不同形式纳米结构的目的是获得尽可能大 的比表面积，从而提高TiO2的光催化性能。管状结构TiO2因其独特的物理化学性能，引起了 研究者们极大的兴趣。目前国内外所报道的制备TiO2纳米管的方法主要有水热法、模板法、 电化学方法等。但这些方法制备TiO2纳米管的产率低、成本高、工艺复杂而不便于实现工业 化。
发明内容
本发明的目的是克服了现有技术不足而提供了一种大管径TiO2纳米管、其合成方法及其 在光催化降解造纸废水的应用，与传统的方法相比，本发明的大管径TiO2纳米管产率高、成 本低、工艺简单且便于实现工业化。
本发明采取的技术方案为：
一种大管径TiO2纳米管，其管径500-600nm，管壁厚400-500nm，长6-8μm。
一种大管径TiO2纳米管的合成方法，包括步骤如下：
(1)将反应器置于油浴中，常温条件下向反应器中加入体积比1:1的蒸馏水和无水乙 醇;
(2)将十六烷基三甲基溴化铵CTAB和尿素先后加入到上述混合溶液中，搅拌成透明 溶液;
(3)将TiOSO4在搅拌下加入到步骤(2)的透明溶液中，得到悬浮液;
(4)将上述悬浮液搅拌升温至80°C且在此温度下持续搅拌反应7-9h，得到白色沉淀;
(5)将上述白色沉淀进行抽滤，洗涤，干燥，研磨后，400-500°C条件下煅烧4-6h 得到大管径TiO2纳米管光催化剂。
上述制备方法中，步骤(1)的蒸馏水与步骤(2)的尿素、CTAB及步骤(3)的TiOSO4的摩尔比为173.61：5-6.25：0.0625-0.125：1，其优选摩尔比为173.61：5：0.0625：1。
步骤(5)所述的干燥为60°C干燥12h，所述的煅烧为500°C条件下煅烧4h。
上述的合成方法制备的大管径TiO2纳米管光催化降解造纸废水的应用。
应用方法为：按1.0g·L-1的量将大管径TiO2纳米管加入造纸废水中，在黑暗条件下超声 分散30min，置于光催化反应器中，使用汞灯进行紫外光照射10-14h，照射中连续通氧，通 氧速率为200mL·min-1。
本发明以TiOSO4为钛源，尿素为沉淀剂和CTAB为模板剂，通过改进的均匀沉淀法制 得大管径TiO2纳米管。利用大管径TiO2纳米管对造纸废水进行光降解，通过12h的紫外光 照射，证明本发明制备的光催化剂对造纸废水中的COD具有较高的去除率。
本发明具有如下优点：
1、原料价廉，生产成本低;
2、工艺简单且便于实现工业化;
3、制得的大管径TiO2纳米管光催化剂粒度均匀且分散性较好，制备的TiO2纳米管管径 约500-600nm，管壁厚约400-500nm，长约6-8μm;
4、制得的大管径TiO2纳米管光催化剂对造纸废水的CODCr的去除率达到了70%以上;
5、制得的大管径TiO2纳米管光催化剂可循环使用，无二次污染。