本发明净水技术领域，具体涉及一种负载光催化剂涂层的复合陶瓷滤芯的制备方法。
背景技术：
饮用水的污染物主要有细菌(例如大肠杆菌)、有机物(例如含氯代烃、苯类化合物)和重金属离子(例如铅、镉)。我们日常使用的自来水在杀菌处理过程中，一部分有机物和游离氯结合形成致癌的有机氯化物(如三氯甲烷)，此外管道内微生物也会再繁殖，这些都影响了水的品质，因此一般需要经过进一步纯化处理方可饮用。适合人类饮用的水不是越纯净越好，微量元素在人骨骼、神经系统、新陈代谢系统等的发育过程中起到至关重要的作用，而这些微量元素主要是从饮用水中汲取的。因此在水处理过程中，要尽量保留这些有益的矿物质。现有的陶瓷净水器可以在去除细菌、有机物、重金属离子的同时，保留人体必须的微量元素，因此广泛应用做家庭直饮水净化装置。
现有的大部分净水机由于过滤了自来水中的余氯容易导致出水的细菌超标。目前市面上的部分净水机采用紫外灯杀菌保证出水安全。但是紫外线灭菌存在两方面的缺陷，一、紫外灯杀灭的细菌在可见光照射下有存在光复活的风险。二、紫外线杀灭的细菌尸体仍残留在水中。利用二氧化钛光催化的原理可以进一步分解有机物。
二氧化钛具有良好的光化学特性，在紫外光的照射下，激活水中的氧，产生活性氧和羟基自由基等高氧化性能的基团，能够有效降解有机物和环境污染物。当光催化应用于水处理时，常见的使用方式为固定态和悬浮态。固定态是将二氧化钛利用物理或化学的方式负载于具有特定形状的材料表面，如不锈钢板、不锈钢网、玻璃等。由于光催化剂离子负载于固定的载体材料上，因此光催化剂与水的分离简单，但是固定态的光催化剂与水的接触不充分，故净化效率低。悬浮态是将光催化剂粉体或颗粒分散于水中，净化效率高，但由于光催化剂是分散于水中的，光催化剂与水的分离比较困难，具有回收难度大的缺点。因此，制备同时满足光催化剂的容易回收和光催化效率高的材料将具有很大的应用空间。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种负载光催化剂涂层的复合陶瓷滤芯的制备方法。
本发明的技术方案如下：
一种负载光催化剂涂层的复合陶瓷滤芯的制备方法，包括如下步骤：
(1)将纯度大于98％的钛酸丁酯溶于乙醇中，配制成0.01～1mol/L的钛酸丁酯溶液，将浓度为90～100％的乙醇水溶液添加至钛酸丁酯溶液中，充分搅拌混合反应，所使用的钛酸丁酯溶液和乙醇溶液的重量比为1～100∶100；
(2)将步骤(1)所得的物料过滤得滤饼，并进行除杂；
(3)将步骤(2)所得的物料重新配制成浓度为0.01～1mol/L的溶液；
(4)在步骤(3)所得的溶液中加入酸进行酸解，酸的加入量为溶液的0.01～2％；
(5)在步骤(4)所得的物料中加入增稠剂，制得稳定的纳米二氧化钛溶胶；
(6)将上述纳米二氧化钛溶胶均匀的浸渍负载在涂层复合陶瓷坯体的内壁面，并于60～100℃干燥3～48h，得干燥生坯，该涂层复合陶瓷坯体为一一端封闭、另一端开口的空心柱体，其制备方法包括如下步骤：
a、将硅藻土、纳米活性炭粉末、分散剂、纳米银抗菌剂和去离子水以1000∶30～1500∶1～20∶0～50∶1000-2000的重量比混合进行球磨，制得第一浆料；
b、将絮凝剂和稳定剂加入到上述第一浆料中，继续球磨使絮凝剂和稳定剂均匀分散，获得稳定的第一部分絮凝浆料；
c、将上述第一部分絮凝浆料熟化，然后在模具内空心注浆成型，脱模并放入烘箱干燥后获得一端封闭、另一端开口的空心柱体状的复合陶瓷生坯；
d、将硅藻土、分散剂和去离子水以1000∶1～20∶1000～2000的重量比混合进行球磨，制得第二浆料；
e、将絮凝剂和稳定剂加入到上述第二浆料中，继续球磨使絮凝剂和稳定剂均匀分散，获得稳定的第二部分絮凝浆料；
f、将第二部分絮凝浆料熟化，将熟化后的第二部分絮凝浆料负载于上述复合陶瓷生坯的内、外表面，干燥后即得所述涂层复合陶瓷坯体；
(7)将上述干燥生坯在惰性气体或氮气保护下，于450～950℃保温烧结1～30h，然后随炉冷却至室温，得到所述负载光催化剂涂层的复合陶瓷滤芯。
在本发明的一个优选实施方案中，所述步骤(1)中的搅拌的速度为500～3000rpm，搅拌时间为5～300min。
在本发明的一个优选实施方案中，所述步骤(2)的除杂所用的介质为乙醇、去离子水或乙醇去离子水溶液。
在本发明的一个优选实施方案中，所述步骤(4)的酸为盐酸、硝酸和硫酸中的至少一种。
在本发明的一个优选实施方案中，所述增稠剂为聚乙烯醇、阿拉伯树胶或羧甲基纤维素钠。
在本发明的一个优选实施方案中，所述惰性气体为氩气、氦气或氡气。
本发明的有益效果：
1、本发明的原料采用纯度大于98％的钛酸丁酯，保证了过滤后的水不受原料中可能存在的有害物质的污染。
2、本发明中的纳米二氧化钛粒子小，粒子分布窄，有助于提高二氧化钛的光催化效果。
3、本发明中制备的纳米二氧化钛粒子的表面能大，能在低温烧结合成，烧结后与涂层复合陶瓷坯体结合良好。
4、本发明中的纳米二氧化钛涂层负载在复合陶瓷坯体的内表面，在所得复合陶瓷滤芯过滤去除水中杂物的同时让催化剂充分与水接触，更好的发挥光催化的效果，避免了其它光催化材料的回收问题。
5、本发明制备的负载光催化剂涂层的复合陶瓷滤芯具有良好的光催化能力，结合紫外灯使用，能杀灭细菌，降解有机物，有效降低出水的COD含量，保证出水安全。
6、本发明制得的负载光催化剂涂层的复合陶瓷滤芯净水流速大，利用自来水的压力就能有出色的过滤效果。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明的技术方案进行进一步的说明和描述。
下述各实施例所用的涂层复合陶瓷坯体的制备方法包括如下步骤：
1、依次将1000g平均粒度为30μm的硅藻土、300g平均粒度为15μm的活性炭粉末、5g水玻璃以及3g纳米银抗菌剂、1.5L去离子水装入球磨罐中，将球磨罐密封后，以80rpm的速度进行球磨8h，获得分散的第一浆料。
2、打开上述球磨罐，加入5g羧甲基纤维素钠盐及30g钙基膨润土，然后以80rpm的速度继续球磨3h，获得稳定的第一部分絮凝浆料。
3、将第一部分絮凝浆料静置12h熟化，然后倒入石膏模具中，静置15分钟，然后将石膏模翻转倒出剩余的浆料；保持模具倒转，静置180分钟，脱模并放入80℃烘箱干燥10h后得到直径50mm，壁厚6.5mm，长度250mm，一端封闭，另一端开口的空心柱状的复合陶瓷生坯。
4、依次将1000g平均粒度为30μm的硅藻土、5g水玻璃、1L去离子水装入球磨罐，将球磨罐密封后，以80rpm的速度进行球磨10h，获得分散的第二浆料。
5、打开上述球磨罐，加入5g羧甲基纤维素钠盐及30g钙基膨润土，然后以80rpm的速度继续球磨3h，获得稳定的第二部分絮凝浆料。
6、将第二部分絮凝浆料静置12h熟化，将熟化后的第二部分絮凝浆料导入复合陶瓷生坯内部，静置1min，倒出多余浆料，静置1min后放入80℃烘箱烘干4h，将烘干后的复合陶瓷生坯插入陶瓷浆料中浸渍外层1min，取出，待表面涂层水分干燥后放入80℃烘箱烘干6h，获得所述涂层复合陶瓷坯体。
实施例1
(1)将20g纯度大于98％的钛酸丁酯溶于1L乙醇中得钛酸丁酯溶液，将1L浓度为99％的乙醇水溶液缓慢滴入上述钛酸丁酯溶液中，充分搅拌混合反应3h，搅拌的速度为500～3000rpm；
(2)将步骤(1)所得的物料用滤纸过滤得滤饼，并用乙醇、去离子水间隔清洗3次以除杂；
(3)将步骤(2)所得的物料重新溶于1L去离子水中，得溶液；
(4)在步骤(3)所得的溶液中加入5mL硝酸进行酸解；
(5)在步骤(4)所得的物料中加入50mL 2％PVA的去离子水溶液，制得稳定的纳米二氧化钛溶胶；
(6)将上述纳米二氧化钛溶胶倒入上述涂层复合陶瓷坯体空腔中浸渍30s，倒出多余的二氧化钛溶胶，并于80℃的烘箱中干燥10h，得干燥生坯；
(7)将上述干燥生坯在氮气保护下，以2℃/min的升温速度温到650℃，于650℃保温烧结5h，然后随炉冷却至室温，得到所述负载光催化剂涂层的复合陶瓷滤芯。
用孔隙率测定仪对制得的复合陶瓷滤芯检测后发现，滤芯的孔隙率58％；再将制得的复合陶瓷滤芯壁切成6mm×6mm×50mm的长条，检测其三点抗弯强度，其三点弯曲强度14MPa；本发明中，利用一端封闭，另外一端开口的复合陶瓷滤芯进行重力过滤的过滤效果检测，将未过滤的水加入到复合陶瓷滤芯内，然后对滤芯中渗透出来的过滤后的水进余氯去除率、铅离子去除率、肉眼可见物、浑浊度和陶瓷滤芯开孔孔隙率的分析检测，水中残氯去除氯＞99％；铅去除率＞99％；无肉眼可见物；浑浊度＜0.1NTU；本发明的负载光催化剂复合陶瓷滤芯结合紫外灯进行杀菌和COD去除率实验，细菌去除率＞99.9％，COD的去除率＞75％。
实施例2
(1)将80g纯度大于98％的钛酸丁酯溶于1L乙醇中得钛酸丁酯溶液，将2L浓度为96％的乙醇水溶液缓慢滴入上述钛酸丁酯溶液中，充分搅拌混合反应5h，搅拌的速度为500～3000rpm；
(2)将步骤(1)所得的物料用滤纸过滤得滤饼，并用乙醇清洗4次以除杂；
(3)将步骤(2)所得的物料重新溶于1L去离子水中，得溶液；
(4)在步骤(3)所得的溶液中加入20mL硝酸进行酸解；
(5)在步骤(4)所得的物料中加入80mL 1.5％PVA的去离子水溶液，制得稳定的纳米二氧化钛溶胶；
(6)将上述纳米二氧化钛溶胶倒入上述涂层复合陶瓷坯体空腔中浸渍120s，倒出多余的二氧化钛溶胶，并于100℃的烘箱中干燥6h，得干燥生坯；
(7)将上述干燥生坯在氮气保护下，以2℃/min的升温速度温到750℃，于750℃保温烧结3h，然后随炉冷却至室温，得到所述负载光催化剂涂层的复合陶瓷滤芯。
用孔隙率测定仪对制得的复合陶瓷滤芯检测后发现，滤芯的孔隙率62％；再将制得的复合陶瓷滤芯壁切成6mm×6mm×50mm的长条，检测其三点抗弯强度，其三点弯曲强度16MPa；本发明中，利用一端封闭，另外一端开口的滤芯进行重力过滤的过滤效果检测，将未过滤的水加入到复合陶瓷滤芯内，然后对滤芯中渗透出来的过滤后的水进余氯去除率、铅离子去除率、肉眼可见物、浑浊度和陶瓷滤芯开孔孔隙率的分析检测，水中残氯去除氯＞99％；铅去除率＞99％；无肉眼可见物；浑浊度＜0.1NTU；本发明的负载光催化剂复合陶瓷滤芯结合紫外灯进行杀菌和COD去除率实验，细菌去除率＞99.9％，COD的去除率＞85％。
实施例3
(1)将10g纯度大于98％的钛酸丁酯溶于1L乙醇中得钛酸丁酯溶液，将0.5L浓度为98％的乙醇水溶液缓慢滴入上述钛酸丁酯溶液中，充分搅拌混合反应1h，搅拌的速度为500～3000rpm；
(2)将步骤(1)所得的物料用滤纸过滤得滤饼，并用去离子水清洗5次以除杂；
(3)将步骤(2)所得的物料重新溶于5L去离子水中，得溶液；
(4)在步骤(3)所得的溶液中加入3mL硝酸进行酸解；
(5)在步骤(4)所得的物料中加入100mL 2％PVA的去离子水溶液，制得稳定的纳米二氧化钛溶胶；
(6)将上述纳米二氧化钛溶胶倒入上述涂层复合陶瓷坯体空腔中浸渍2000s，倒出多余的二氧化钛溶胶，并于60℃的烘箱中干燥15h，得干燥生坯；
(7)将上述干燥生坯在氮气保护下，以2℃/min的升温速度温到800℃，于800℃保温烧结4h，然后随炉冷却至室温，得到所述负载光催化剂涂层的复合陶瓷滤芯。
用孔隙率测定仪对制得的复合陶瓷滤芯检测后发现，滤芯的孔隙率63％；再将制得的复合陶瓷滤芯壁切成6mm×6mm×50mm的长条，检测其三点抗弯强度，其三点弯曲强度22MPa；本发明中，利用一端封闭，另外一端开口的滤芯进行重力过滤的过滤效果检测，将未过滤的水加入到复合陶瓷滤芯内，然后对滤芯中渗透出来的过滤后的水进余氯去除率、铅离子去除率、肉眼可见物、浑浊度和陶瓷滤芯开孔孔隙率的分析检测，水中余氯去除氯＞99％；铅去除率＞99％；无肉眼可见物；浑浊度＜0.1NTU；本发明的负载光催化剂复合陶瓷滤芯结合紫外灯进行杀菌和COD去除率实验，细菌去除率＞99.9％，COD的去除率＞85％。
实施例4
(1)将150g纯度大于98％的钛酸丁酯溶于1L乙醇中得钛酸丁酯溶液，将6L浓度为99％的乙醇水溶液缓慢滴入上述钛酸丁酯溶液中，充分搅拌混合反应3h，搅拌的速度为500～3000rpm；
(2)将步骤(1)所得的物料用滤纸过滤得滤饼，并用乙醇、去离子水间隔清洗3次以除杂；
(3)将步骤(2)所得的物料重新溶于1L去离子水中，得溶液；
(4)在步骤(3)所得的溶液中加入15mL硝酸进行酸解；
(5)在步骤(4)所得的物料中加入60mL 1％羧甲基纤维素钠的去离子水溶液，制得稳定的纳米二氧化钛溶胶；
(6)将上述纳米二氧化钛溶胶倒入上述涂层复合陶瓷坯体空腔中浸渍300s，倒出多余的二氧化钛溶胶，并于80℃的烘箱中干燥10h，得干燥生坯；
(7)将上述干燥生坯在氮气保护下，以3℃/min的升温速度温到900℃，于900℃保温烧结3h，然后随炉冷却至室温，得到所述负载光催化剂涂层的复合陶瓷滤芯。
用孔隙率测定仪对制得的复合陶瓷滤芯检测后发现，滤芯的孔隙率63％；再将制得的复合陶瓷滤芯壁切成6mm×6mm×50mm的长条，检测其三点抗弯强度，其三点弯曲强度28MPa；本发明中，利用一端封闭，另外一端开口的滤芯进行重力过滤的过滤效果检测，将未过滤的水加入到复合陶瓷滤芯内，然后对滤芯中渗透出来的过滤后的水进余氯去除率、铅离子去除率、肉眼可见物、浑浊度和陶瓷滤芯开孔孔隙率的分析检测，水中残氯去除氯＞99％；铅去除率＞99％；无肉眼可见物；浑浊度＜0.1NTU；本发明的负载光催化剂复合陶瓷滤芯结合紫外灯进行杀菌和COD去除率实验，细菌去除率＞99.9％，COD的去除率＞88％。
本领域普通技术人员可知，本发明的技术方案在下述参数和组分范围内变化时，仍然能够得到与上述实施例相同或相近的技术效果，仍然属于本发明的保护范围：
一种负载光催化剂涂层的复合陶瓷滤芯的制备方法，包括如下步骤：
(1)将纯度大于98％的钛酸丁酯溶于乙醇中，配制成0.01～1mol/L的钛酸丁酯溶液，将浓度为90～100％的乙醇水溶液添加至钛酸丁酯溶液中，充分搅拌混合反应，所使用的钛酸丁酯溶液和乙醇溶液的重量比为1～100∶100；
(2)将步骤(1)所得的物料过滤得滤饼，并进行除杂；
(3)将步骤(2)所得的物料重新配制成浓度为0.01～1mol/L的溶液；
(4)在步骤(3)所得的溶液中加入酸进行酸解，酸的加入量为溶液的0.01～2％；
(5)在步骤(4)所得的物料中加入增稠剂，制得稳定的纳米二氧化钛溶胶；
(6)将上述纳米二氧化钛溶胶均匀的浸渍负载在涂层复合陶瓷坯体的内壁面，并于60～100℃干燥3～48h，得干燥生坯，该涂层复合陶瓷坯体为一端封闭、另一端开口的空心柱体，其制备方法包括如下步骤：
a、将硅藻土、纳米活性炭粉末、分散剂、纳米银抗菌剂和去离子水以1000∶30～1500∶1～20∶0～50∶1000-2000的重量比混合进行球磨，制得第一浆料；
b、将絮凝剂和稳定剂加入到上述第一浆料中，继续球磨使絮凝剂和稳定剂均匀分散，获得稳定的第一部分絮凝浆料；
c、将上述第一部分絮凝浆料熟化，然后在模具内空心注浆成型，脱模并放入烘箱干燥后获得一端封闭、另一端开口的空心柱体状的复合陶瓷生坯；
d、将硅藻土、分散剂和去离子水以1000∶1～20∶1000～2000的重量比混合进行球磨，制得第二浆料；
e、将絮凝剂和稳定剂加入到上述第二浆料中，继续球磨使絮凝剂和稳定剂均匀分散，获得稳定的第二部分絮凝浆料；
f、将第二部分絮凝浆料熟化，将熟化后的第二部分絮凝浆料浸渍涂层在上述复合陶瓷生坯的内、外表面，干燥后即得所述涂层复合陶瓷坯体；
(7)将上述干燥生坯在惰性气体或氮气保护下，于450～950℃保温烧结1～30h，然后随炉冷却至室温，得到所述负载光催化剂涂层的复合陶瓷滤芯。
所述步骤(1)中的搅拌的速度为500～3000rpm，搅拌时间为5～300min。
所述步骤(2)的除杂所用的介质为乙醇、去离子水或乙醇去离子水溶液。
所述步骤(4)的酸为盐酸、硝酸和硫酸中的至少一种。
所述增稠剂为聚乙烯醇、阿拉伯树胶或羧甲基纤维素钠。
所述惰性气体为氩气、氦气或氡气。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。