一种氧化铈-氧化铝纤维及其制备方法技术

一种氧化铈‑氧化铝纤维及其制备方法，涉及氧化铈‑氧化铝纤维。氧化铈‑氧化铝纤维的长度不小于1mm，直径为微米数量级，铈的含量为铈和铝总质量的1％～50％，吸收波长为350～700nm。制备时，合成铈‑铝溶胶；配制前驱体纺丝液；将前驱体纺丝液形成纤维形态，煅烧，得氧化铈‑氧化铝纤维。氧化铈‑氧化铝纤维可在制备空气净化材料和水净化材料中应用。以过渡金属离子掺杂的方式调整氧化铈的禁带宽度，使其吸收波长红移到可见光区域，提高对自然光的利用率。通过制造氧化铈‑氧化铝复合纤维，可方便地实现氧化铈光催化材料的回收利用，避免二次污染。

【技术实现步骤摘要】
一种氧化铈-氧化铝纤维及其制备方法
本专利技术涉及氧化铈-氧化铝纤维，尤其是涉及具有催化功能的一种氧化铈-氧化铝纤维及其制备方法。
技术介绍
近年来，随着环境保护观念的深入人心和环保政策的严厉执行，对污染的治理力度空前加大。光催化技术被认为是一种极具潜力的环境治理技术，由于可以直接利用自然光，各种光催化净化材料的开发方兴未艾。其中，氧化铈材料尤其受到人们的关注。稀土氧化铈(CeO2)具有面心立方萤石型结构，晶体结构中有较多的四面体和八面体空位，氧负离子能够从四面体位置转移到八面体位置，原来的四面体位置上出现空位，同时转变成游离态的氧，释放出氧。CeO2脱氧后转化成具有氧缺位的CeO2-x，同时Ce还具有Ce3+/Ce4+变价活性，因此氧化铈具有特殊的性能。氧化铈作为一种新兴的催化材料，在环境保护方面具有重要价值，可作为降解汽车尾气的催化剂载体，催化降解CO、N2O及促进CH4燃烧等。同时，氧化铈也是重要的光催化剂，可用于氧化降解有机废水、净化空气。作为一种禁带宽度可调节的半导体，氧化铈基光催化剂被认为是最有希望和最具发展前景的材料之一。但是，氧化铈材料对光的吸收集中在紫外光波段，对自然光中能量最多的可将光和红外光利用率低，成为限制氧化铈基光催化剂实际应用的瓶颈。因此，将氧化铈基催化剂的禁带宽度减小到与可将光能量匹配，提高对自然光或人造白光的能量利用率和光催化活性，成为目前氧化铈基催化材料所面临的重要技术难题。目前，粉末状的光催化剂如二氧化钛光触媒(通常是纳米粉)应用于废水处理时，一经投放就不能回收，使用成本高。当光催化效果减弱后，粉末在水中难以回收和再生，成为二次污染的固体废物。如何实现光催化剂的回收利用，以减小可能存在的二次污染，降低使用成本也是光催化材料应用所需解决的问题。
技术实现思路
一种氧化铈-氧化铝纤维及其制备方法本专利技术的第一目的是提供一种氧化铈-氧化铝纤维。本专利技术的第二目的是提供一种氧化铈-氧化铝纤维的制备方法。本专利技术的第三目的是提供一种氧化铈-氧化铝纤维的应用。所述氧化铈-氧化铝纤维的长度不小于1mm，直径为微米数量级，铈的含量为铈和铝总质量的1％～50％，吸收波长为350～700nm。所述氧化铈-氧化铝纤维的制备方法包括以下步骤：1)合成铈-铝溶胶；2)配制前驱体纺丝液；3)将前驱体纺丝液形成纤维形态，煅烧，得氧化铈-氧化铝纤维。在步骤1)中，所述合成铈-铝溶胶的方法可将金属铝、铝盐和铈盐的水溶液在80～100℃反应4～24h，金属铝溶解后即得铈-铝溶胶；所述铝盐和铈盐可选自氯化物、硝酸盐等中的至少一种；所述金属铝的用量按质量百分比可占产物中铈和铝离子总量的40％～80％。在步骤2)中，所述配制前驱体纺丝液的方法可将铈-铝溶胶、掺杂离子以及纺丝助剂混合，经过搅拌均匀化处理，减压浓缩得到粘度为1～50Pa.s的纺丝液体；所述掺杂离子可选自过渡金属Fe、Mn、Cu、Zn等相应的无机盐或胶体，掺杂离子的质量百分浓度可为铈和铝离子总量的1％～10％；所述纺丝助剂可选自聚乙烯醇、聚氧化乙烯、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、可溶性淀粉等中的至少一种，纺丝助剂加入量按质量百分比可为前驱体纺丝液的0.2％～10％。在步骤3)中，所述将前驱体纺丝液形成纤维形态可采用离心甩丝形成纤维形态；所述煅烧的温度可为500～1200℃，煅烧的时间可为0.5～6h；煅烧过程中，铈-铝前驱体纤维发生热分解，脱除水分及可挥发性的气体，最终得到氧化铈-氧化铝纤维。所述氧化铈-氧化铝纤维可在制备空气净化材料和水净化材料中应用，所述空气净化材料在自然光下催化下分解醛、醇、酯等多种可挥发性有机气体；所述水净化材料在自然光下催化分解水中的染料、酚类、醛类、糖类、蛋白质类等多种有机物。本专利技术以过渡金属离子掺杂的方式调整氧化铈的禁带宽度，使其吸收波长红移到可见光区域，提高对自然光的利用率。通过制造氧化铈-氧化铝复合纤维，可方便地实现氧化铈光催化材料的回收利用，避免二次污染。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1)本专利技术工艺过程简单，成本低，适合氧化铈-氧化铝纤维的批量生产；2)本专利技术制备的氧化铈-氧化铝纤维在可见光波段催化活性高，可催化氧化分解各种有机物，应用于大气、水体等多个领域的环境治理；3)氧化铈-氧化铝光催化剂以纤维形态使用，便于回收和再生。氧化铈抑制了氧化铝的晶型转变，保持了高比表面积，提高了催化活性。附图说明图1为实施例1中氧化铈-氧化铝纤维的X射线衍射图。图2为实施例1中氧化铈-氧化铝纤维的扫描电子显微镜图。图3为实施例2中氧化铈-氧化铝纤维的扫描电子显微镜图。图4为实施例3中氧化铈-氧化铝纤维的X射线衍射图。图5为实施例3中氧化铈-氧化铝纤维的扫描电子显微镜图。图6为实施例4中氧化铈-氧化铝纤维光催化降解亚甲基蓝的降解率曲线图。具体实施方式以下实施例将结合附图对本专利技术作进一步的说明。本专利技术所述氧化铈-氧化铝纤维实施例的长度不小于1mm，直径为微米数量级，铈的含量为铈和铝总质量的1％～50％，吸收波长为350～700nm。所述氧化铈-氧化铝纤维的制备方法包括以下步骤：1)合成铈-铝溶胶：将金属铝、铝盐和铈盐的水溶液在80～100℃反应4～24h，金属铝溶解后即得铈-铝溶胶；所述铝盐和铈盐可选自氯化物、硝酸盐等中的至少一种；所述金属铝的用量按质量百分比可占产物中铈和铝离子总量的40％～80％。2)配制前驱体纺丝液：将铈-铝溶胶、掺杂离子以及纺丝助剂混合，经过搅拌均匀化处理，减压浓缩得到粘度为1～50Pa.s的纺丝液体；所述掺杂离子可选自过渡金属Fe、Mn、Cu、Zn等相应的无机盐或胶体，掺杂离子的质量百分浓度可为铈和铝离子总量的1％～10％；所述纺丝助剂可选自聚乙烯醇、聚氧化乙烯、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、可溶性淀粉等中的至少一种，纺丝助剂加入量按质量百分比可为前驱体纺丝液的0.2％～10％。3)将前驱体纺丝液形成纤维形态，煅烧，得氧化铈-氧化铝纤维，所述将前驱体纺丝液形成纤维形态采用离心甩丝形成纤维形态；所述煅烧的温度为500～1200℃，煅烧的时间为0.5～6h；煅烧过程中，铈-铝前驱体纤维发生热分解，脱除水分及可挥发性的气体，最终得到氧化铈-氧化铝纤维。所述氧化铈-氧化铝纤维在制备空气净化材料和水净化材料中应用，所述空气净化材料在自然光下催化下分解醛、醇、酯等多种可挥发性有机气体；所述水净化材料在自然光下催化分解水中的染料、酚类、醛类、糖类、蛋白质类等多种有机物。以下给出具体实施例。实施例1称取六水三氯化铝16g、七水三氯化铈149g溶解在300g的去离子水中，加入金属铝9g在常压100℃下回流反应4h，金属铝溶解后得到澄清液体。加入10％的聚乙烯吡咯烷酮溶液20g和50％的硝酸锰溶液28.64g，搅拌均匀，减压浓缩至粘度3～8Pa.s，用离心甩丝机甩丝，转速5000r/min，获得铈-铝前驱体纤维棉。取部分铈-铝前驱体纤维放入马弗炉，以10℃/min速率升温至900℃，保温2h，随炉降温，得到金属锰离子掺杂的氧化铈-氧化铝纤维。所得产物经XRD分析结果见图1，证实为立方萤石氧化铈相。SEM测量如图2，氧化铈-氧化铝纤维截面基本为圆形，结晶相的颗粒细小。纤维直径为20～30μm，长度4～15cm。用氙灯为光源，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧化铈‑氧化铝纤维，其特征在于所述氧化铈‑氧化铝纤维的长度不小于1mm，直径为微米数量级，铈的含量为铈和铝总质量的1％～50％，吸收波长为350～700nm。

【技术特征摘要】
1.一种氧化铈-氧化铝纤维，其特征在于所述氧化铈-氧化铝纤维的长度不小于1mm，直径为微米数量级，铈的含量为铈和铝总质量的1％～50％，吸收波长为350～700nm。2.如权利要求1所述一种氧化铈-氧化铝纤维的制备方法，其特征在于包括以下步骤：1)合成铈-铝溶胶；2)配制前驱体纺丝液；3)将前驱体纺丝液形成纤维形态，煅烧，得氧化铈-氧化铝纤维。3.如权利要求2所述一种氧化铈-氧化铝纤维的制备方法，其特征在于在步骤1)中，所述合成铈-铝溶胶的方法将金属铝、铝盐和铈盐的水溶液在80～100℃反应4～24h，金属铝溶解后即得铈-铝溶胶。4.如权利要求3所述一种氧化铈-氧化铝纤维的制备方法，其特征在于所述铝盐和铈盐选自氯化物、硝酸盐中的至少一种。5.如权利要求3所述一种氧化铈-氧化铝纤维的制备方法，其特征在于所述金属铝的用量按质量百分比占产物中铈和铝离子总量的40％～80％。6.如权利要求2所述一种氧化铈-氧化铝纤维的制备方法，其特征在于在步骤2)中，所述配制前驱体纺丝液的方法是将铈-铝溶胶、掺杂离子以及纺丝助剂混合，经过搅拌均匀化处理，减压浓缩...

【专利技术属性】
技术研发人员：张力，李相东，李思维，陈立富，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：福建,35