一种纳米纤维毡及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种纳米纤维毡及其制备方法，制备方法包括：配制包含TiO

【技术实现步骤摘要】
一种纳米纤维毡及其制备方法
本专利技术属于纳米材料和光催化
，涉及一种纳米纤维毡及其制备方法。
技术介绍
水污染已成为人类面临的亟待解决的重要问题，自从1972年日本的Fujishima发表了关于光催化氧化研究的文章，能够降解污染物的光催化氧化材料成为研究热点。其中，二氧化钛具有催化活性高、价格低、化学性能稳定、无毒、无二次污染等优点。尤其是纳米级二氧化钛，其极高的比表面积和小尺寸效应极大地提高了催化效率，使其成为目前最具应用潜力的光催化材料。但二氧化钛的纳米颗粒在实际应用中存在三方面困难：一、在污水处理过程中，由于其颗粒极为细小，容易团聚，导致TiO2与污水有效的接触面积急剧减小，降解效率降低。二、污水处理完成后，分离、回收困难，催化剂难以重复利用，且容易造成二次污染。三、无法采用简单的煅烧方法去除吸附的污染物，再生困难。以上不足限制了其实际应用的扩展。目前，为避免以上问题，常用方法有以下两种：一、采用溶胶-凝胶-挂膜-干燥-煅烧的方法，在球、片、管、纤维等形状的活性炭、玻璃、金属、陶瓷材料上进行负载。但由于附着力不强，需经多次涂覆-煅烧，才能实现一定的负载量，而所得TiO2晶粒大小在多次高温煅烧后难以控制，导致光催化活性损失。二、直接将TiO2纳米颗粒分散于聚合物中，制成纳米复合材料。但分散效果不佳，且催化剂与污染物的有效接触面积减小，从而导致催化活性降低。同时，以聚合物为载体，无法通过煅烧而使其再生。与纳米颗粒相比，纳米纤维具有更大的比表面积，且在工程应用中容易实施。同时，在污水中不易团聚，易于分离和回收。在众多制备方法中，静电纺丝技术是一种可大规模连续制备亚微米-纳米纤维的有效方法。首先，制备含有Ti源的溶胶态静电纺丝液，然后通过静电纺丝技术制备纳米前驱体纤维，再经煅烧获得纳米TiO2纤维。现有静电纺丝制备TiO2纳米纤维方法中，前驱体纤维中的聚合物助纺剂通常占到总质量的20wt％以上，当煅烧时形成较大的质量损失，导致TiO2纳米纤维产率低。同时，热解产生的小分子气体较多，造成所得纤维毡十分容易脆断。迄今为止，尚未有具有较好强度和柔韧性的TiO2纳米纤维毡制备方法的相关报道。
技术实现思路
针对现有TiO2催化剂存在的以上问题，本专利技术提供一种纳米纤维毡及其制备方法，以减少聚合物助纺剂的加入量，提高纳米纤维的收率。本专利技术采用的技术方案如下：一种纳米纤维毡的制备方法，包括：配制包含TiO2前驱体、SiO2前驱体和助纺剂的溶胶作为纺丝溶液；然后采用静电纺丝技术制备前驱体纳米纤维毡；再经过干燥、在空气中升温煅烧，制得TiO2/SiO2复合纳米纤维毡。在一个具体的实施例中，所述纺丝溶液配置方法为：将助纺剂溶于有机溶剂中，然后依次加入SiO2前驱体、去离子水、水解抑制剂、TiO2前驱体，继续搅拌制得具有一定粘度的纺丝溶液。在一个具体的实施例中，所述TiO2前驱体包含钛酸异丙酯、四氯化钛、钛酸四丁酯和硫酸钛中的一种或多种组合；所述SiO2前驱体包括原硅酸乙酯。在一个具体的实施例中，所述助纺剂为聚丙烯腈(PAN)、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚氧化乙烯(PEO)和聚丙烯(PP)中的一种或多种组合；所述有机溶剂为甲醇、乙醇、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、丙酮、异丙醇中的一种或多种组合；所述水解抑制剂为0.1～1mol/L的HCl溶液、0.1～1mol/L的HNO3溶液、冰醋酸、草酸的一种或多种组合。在一个具体的实施例中，所述纺丝溶液中，Ti元素与Si元素的摩尔比为6:1～1:3；助纺剂:(SiO2前驱体+TiO2前驱体)质量比为1:100～10:100。在一个具体的实施例中，有机溶剂:(SiO2前驱体+TiO2前驱体)＝1:6～1:3(质量比)；水解抑制剂:TiO2前驱体＝1:1～4:1(摩尔比)；去离子水：SiO2前驱体＝4:1～1:1(摩尔比)。在一个具体的实施例中，静电纺丝条件为：针头内径为0.5～1.5mm，电压为12～25kV，喷丝头与平板/辊筒收丝器的距离为10～30cm，供料速率为10～30μl/min，纺丝环境温度为15～35℃，相对湿度为40％～70％。在一个具体的实施例中，煅烧条件为：空气中，以1～10℃/min的升温速率升温至400～800℃，并保温1～4h。本专利技术提供的一种纳米纤维毡，为TiO2/SiO2复合纳米纤维毡，TiO2和SiO2的摩尔比为6:1～1:3，TiO2主要为锐钛矿型，SiO2为无定型态。纤维的直径为300～500nm。与现有技术比较，本专利技术具有如下突出优点：本专利技术将前驱体转化法制备陶瓷技术和静电纺丝技术相结合，制备出TiO2/SiO2复合纳米纤维毡。在含Ti纺丝溶液中加入硅溶胶，以减少聚合物助纺剂的用量。通过大幅减少聚合物助纺剂的加入量，有效地提高了纳米纤维的收率。本专利技术的TiO2/SiO2复合纳米纤维在紫外光照射下可以有效降解污水中有机污染物。并且可通过过滤或离心将复合纤维和处理后的水分离，实现催化剂的回收，回收率在95％以上。将回收后的纤维在空气中，200℃以上煅烧1h后可实现再生，且仍保持相同的有机污染物降解效率。本专利技术工艺简单，生产效率高，所得纳米级TiO2/SiO2复合纤维具有较高的强度，良好的柔韧性。光催化降解有机污染物性能好，且再生和循环性好。可作为降解水或空气中污染物的光催化剂。附图说明图1为本专利技术实施例1所制备的TiO2/SiO2复合纳米纤维的光学照片；图2为本专利技术实施例2所制备的TiO2/SiO2复合纳米纤维的光学照片；图3为本专利技术实施例3所制备的TiO2/SiO2复合纳米纤维热解过程的热重曲线；图4为本专利技术实施例1所制备的TiO2/SiO2复合纳米纤维的扫描电镜照片；图5为本专利技术实施例1所制备的TiO2/SiO2复合纳米纤维的XRD图。具体实施方式在一个具体实施方式中，本专利技术的TiO2/SiO2复合纳米纤维毡制备过程如下：(1)配制静电纺丝溶液：先将助纺剂溶于有机溶剂中，搅拌至完全溶解，然后依次向其中滴加原硅酸乙酯(TEOS)、去离子水、水解抑制剂、TiO2前驱体，继续搅拌5～12h，获得淡黄色透明、均匀且具有一定粘度的纺丝溶液。优选的，按TEOS:TiO2前驱体＝6:1～1:3(摩尔比)；助纺剂:(TEOS+TiO2前驱体)＝1:100～10:100(质量比)；有机溶剂:(TEOS+TiO2前驱体)＝1:6～1:3(质量比)；水解抑制剂:TiO2前驱体＝1:1～4:1(摩尔比)；去离子水：TEOS＝4:1～1:1(摩尔比)。(2)静电纺丝：将上述所得纺丝溶液加入到静电纺丝设备的注射器中，并进行连续静电纺丝，得到一定厚度的前驱体微纳米纤维毡。优选的，静电纺丝条件为：针头内径为0.5～1.5mm，电压为12～25kV，喷丝头与平板/辊筒收丝器的距离为10～30cm，供料速率为10～30μl/min。纺丝环境温度为15～35℃，相对湿度为40％～70％。(3)干燥处理：将上述所得纤维毡在烘箱中以5～20℃/min的升温速率升温至100～150℃，并保温1～3h，使残留溶剂彻底挥发。(4)高温煅烧(前驱体纤维陶瓷化转变)：将上述所得纤维毡在马弗炉中，空气气氛下，以1～10℃/min的升温速率升温至400～800℃，并保温1～4本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米纤维毡的制备方法，其特征在于包括：配制包含TiO

【技术特征摘要】
1.一种纳米纤维毡的制备方法，其特征在于包括：配制包含TiO2前驱体、SiO2前驱体和助纺剂的溶胶作为纺丝溶液；然后采用静电纺丝技术制备前驱体纳米纤维毡；再经过干燥、在空气中升温煅烧，制得TiO2/SiO2复合纳米纤维毡。2.根据权利要求1所述的纳米纤维毡的制备方法，其特征在于：所述纺丝溶液配置方法为：将助纺剂溶于有机溶剂中，然后依次加入SiO2前驱体、去离子水、水解抑制剂和TiO2前驱体，继续搅拌制得具有一定粘度的纺丝溶液。3.根据权利要求1或2所述的纳米纤维毡的制备方法，其特征在于：所述TiO2前驱体包含钛酸异丙酯、四氯化钛、钛酸四丁酯和硫酸钛中的一种或多种组合；所述SiO2前驱体包括原硅酸乙酯。4.根据权利要求2所述的纳米纤维毡的制备方法，其特征在于：所述助纺剂为聚丙烯腈(PAN)、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚氧化乙烯(PEO)和聚丙烯(PP)中的一种或多种组合；所述有机溶剂为甲醇、乙醇、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、丙酮和异丙醇中的一种或多种组合；所述水解抑制剂为0.1～1mol/L的HCl溶液、0.1～1mol/L的HNO3溶液、冰醋酸和草酸的一种或多种组合。5.根据权利要求1或2所述的纳米纤维毡的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁钦，
申请(专利权)人：湖南天健泰荣科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43