一种纳米复合纤维材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种纳米复合纤维材料的制备方法，其包括以下步骤：(1)将多个功能纳米粒子分散在一有机溶剂中，形成一功能纳米粒子悬浮液；(2)提供一种熔融态的有机聚合物载体材料；(3)将所述功能纳米粒子悬浮液喷射到所述熔融态的有机聚合物载体材料上，使所述多个功能纳米粒子附在所述熔融态的有机聚合物载体材料的表面；以及(4)将步骤(3)得到的所述熔融态的有机聚合物载体材料进行固化处理，得到所述纳米复合纤维材料。本发明专利技术还提供一种上述方法制备的纳米复合纤维材料。所述纳米复合纤维材料通过有机聚合物载体材料而实现将功能纳米粒子进行有效的负载，可实现功能纳米粒子高量负载，可应用于比如污水净化、空气净化、抗菌杀毒等环保领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于纤维材料领域，尤其涉及一种纳米复合纤维材料及其制备方法。
技术介绍
目前国内外市场上采用的传统水污染处理方法为物理法、化学法、生物法，其各有弊端，且成本高、能耗大，甚至产生二次污染，且单纯经过净化的水体仍为“死体”，只有恢复水体平衡的生态系统才能使水环境真正“复活”。传统的治理方法不能从根本上解决水质问题，即使投入大量人力、物力、财力的情况下收到的效果仍甚微，因此亟需能彻底解决河道水污染治理的突破性技术。光催化材料应运而生，它是最有前途的新型环保材料之一，其利用太阳能可有效降解有机污染物，主要应用于环境保护，这种新的污染治理技术具有操作简单、无二次污染、效率高、能耗低等优点，可产生极大的社会与经济效益。传统的光催化剂主要包括纳米材料，比如纳米二氧化钛；然而，采用这些光催化剂纳米材料处理污水多年来只局限于实验室科学研究，因为具有高活性的纳米级材料极易团聚且难以回收，所以需要将其负载于载体之上进行应用。而其负载技术遇到了难以突破的瓶颈：用无机载体则使其活性降低，而有机载体在使用中易被光腐蚀。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种纳米复合纤维材料及其制备方法，以解决上述问题。本专利技术提供一种纳米复合纤维材料的制备方法，其包括以下步骤：(1)将多个功能纳米粒子分散在一有机溶剂中，形成一功能纳米粒子悬浮液；(2)提供一种熔融态的有机聚合物载体材料；(3)将所述功能纳米粒子悬浮液喷射到所述熔融态的有机聚合物载体材料上，使所述多个功能纳米粒子附在所述熔融态的有机聚合物载体材料的表面；以及(4)将步骤(3)得到的所述熔融态的有机聚合物载体材料进行固化处理，得到所述纳米复合纤维材料。所述功能纳米粒子包括二氧化钛、二氧化硅、多孔羟基磷灰石或纳米马达。其中，所述纳米马达包括多孔材料形成的外壳、光催化剂形成的内核以及外壳与内核之间的纳米空腔。所述多孔材料的材料种类不限，只要所述多孔材料具有多个孔即可。所述多孔材料可为多孔二氧化硅、玻璃多孔材料、铝磷酸盐多孔材料等。所述多孔材料设置有多个孔，所述孔的孔径小于所述光催化剂的粒径。所述孔作为所述多孔材料的纳米空腔与外界连接的通道。优选地，所述孔的孔径大于0且小于10nm。所述光催化剂的材料选自TiO2、ZnO、WO3、Fe3O4、Bi2O3、BiOBr、BiOI、SnO2、Cu2O、Nb2O5、Ta2O5、CdS、CdSe、CdTe、GaN、Ta3N5、TaON、C3N4、CdS、ZnS、PbS、MoS2、CuInS2、AgInS2、CdS、ZnIn2S4、GaP、SiC、LaTiON、Sm2Ti2S2O5、钛酸盐、锗酸盐、铌酸盐、钒酸盐、镓酸盐、钽酸盐、锑酸盐、铋酸盐、NiOx/In1-xNix、TaO4、Ag2O、AgCl、AgBr、AgI、AgInZn7S9、β-AgAlO2、β-AgGaO2、β-AgInO2、α-AgAlO2、α-AgGaO2、α-AgInO2、Ag3PO4、AgCrO2、Ag2CrO4、AgAlO2、AgNbO3、InVO4、InNbO4、InTaO4、BiNbO4、BiTaO4、(ZnO)x(GaN)1-x、NaNbO3-AgNbO3、BiTa1-xNbxO4、Sr2NbxTa2-xO7、Sr1-xCaxIn2O4、Ba1-xSrxSnO3、Ca1-xBixVxMo1-xO4、(AgNbO3)1-x(SrTiO3)x、KCa2Nb3O10、Ba5Ta4O15和HCa2Nb3O10中的一种、多种的相互掺杂、过渡金属阳离子掺杂或阴离子掺杂。所述纳米马达还包括位于所述纳米空腔内的助催化剂。所述助催化剂包括过渡金属纳米粒子、金属氧化物纳米粒子和上转换材料纳米粒子。所述多个助催化剂设置在所述光催化剂的外表面并位于所述多孔材料与所述光催化剂之间的纳米空腔内。所述多个助催化剂在所述纳米空腔中相互间隔设置。即，所述多个助催化剂在所述纳米空腔中彼此分散设置，具有三维结构和高结晶度。所述助催化剂的形态可为颗粒状或者枝状。其中，颗粒结晶状的助催化剂是由多个助催化剂纳米粒子堆积形成的立体块状结构。枝状的助催化剂是由多个助催化剂纳米粒子堆积形成的树枝状结构。所述过渡金属纳米粒子包括铂金属纳米粒子、金金属纳米粒子、钯金属纳米粒子或银纳米粒子，所述金属氧化物纳米粒子包括氧化锌纳米粒子或氧化亚铜纳米粒子，所述上转换材料纳米粒子包括镱铒双掺杂NaYF4纳米粒子、铥掺杂NaGdF4纳米粒子或钬掺杂NaGdF4纳米粒子。当所述纳米马达包括多孔材料形成的外壳、光催化剂形成的内核、外壳与内核之间的纳米空腔、以及位于所述纳米空腔内的助催化剂时，该纳米马达通过以下制备方法得到：提供一核壳结构，所述核壳结构包括多孔材料形成的外壳、光催化剂形成的内核以及外壳与内核之间的纳米空腔；提供一助催化剂前驱液，所述助催化剂前驱液包括助催化剂前驱体；将所述核壳结构置于所述助催化剂前驱液中，使所述助催化剂前驱液进入所述核壳结构的纳米空腔内，得到胶囊混合液；以及通过光照射所述胶囊混合液，使所述助催化剂前驱体发生反应而在所述纳米空腔形成多个助催化剂，所述助催化剂包括过渡金属纳米粒子、金属氧化物纳米粒子和上转换材料纳米粒子。所述助催化剂前驱液的制备方法包括以下步骤：将助催化剂前驱体与一有机溶剂混合得到助催化剂前驱液。所述有机溶剂包括甲醇、乙醇、丙醇、丙三醇、乙烯醇或正丁烷等。其中，在采用紫外光照射所述助催化剂前驱液前，还可以包括采用氮气或惰性气体曝气法来去除所述助催化剂前驱液中的氧气的步骤。所述助催化剂前驱体包括任何可以形成过渡金属纳米粒子、金属氧化物纳米粒子和上转换材料纳米粒子的前驱体材料，尤其是可以发生光催化的前驱体材料。优选地，所述助催化剂前驱体包括氯铂酸、氯金酸、氯钯酸、硫酸铜或硝酸银。当所述核壳结构置于所述助催化剂混合液中时，由于所述多孔材料的内部与外界之间存在浓度差，同时，由于所述多孔材料具有亲水性，助催化剂前驱体经由所述多孔材料中的孔进入到所述核壳结构的纳米空腔内，以达到浓度平衡，得到所述胶囊混合液。当通过光照射所述胶囊混合液时，进入所述核壳结构内的助催化剂前驱体发生催化剂原位光化学还原反应，而在所述核壳结构内形成所述多个助催化剂。具体地，当紫外线照射所述胶囊混合液时，所述光催化剂内核的表面上产生光生电子-空穴对，作为一种高效孔捕捉剂，所述助催化剂前驱液中的有机溶剂迅速陷进孔中，而被激发的电子被转移给助催化剂前驱体中的金属离子，导致助催化剂前驱体在光催化剂内核的表面上原位光化学还原而沉积；然后，激发的电子与H+质子在光催化剂的表面结合，H2光催化反应生成。其结果是，所述有机溶剂在所述多孔材料内连续消耗，导致有机溶剂在所述核壳结构的内部和外部形成浓度梯度，形成了驱动力，推动外部的助催化剂前驱体通过所述多孔材料的孔流入所述纳米空腔。当然，所述助催化剂前驱体在所述核壳结构之外在光照的照射下，也会生成助催化剂，该外部的助催化剂也会在该驱动力的作用下进入纳米空腔，从而在纳米空腔内形成各向异性的助催化剂纳米枝和/或助催化剂颗粒结晶体，即可以制备出具有核壳纳米马达-助催化剂协同结构的复合光催化剂，且该复合催化剂具有较高的光催化活性。因此，所述纳米马达为助催化剂-光催化剂协同体系的制备提本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米复合纤维材料的制备方法，其包括以下步骤：(1)将多个功能纳米粒子分散在一有机溶剂中，形成一功能纳米粒子悬浮液；(2)提供一种熔融态的有机聚合物载体材料；(3)将所述功能纳米粒子悬浮液喷射到所述熔融态的有机聚合物载体材料上，使所述多个功能纳米粒子附在所述熔融态的有机聚合物载体材料的表面；以及(4)将步骤(3)得到的所述熔融态的有机聚合物载体材料进行固化处理，得到所述纳米复合纤维材料。

【技术特征摘要】
1.一种纳米复合纤维材料的制备方法，其包括以下步骤：(1)将多个功能纳米粒子分散在一有机溶剂中，形成一功能纳米粒子悬浮液；(2)提供一种熔融态的有机聚合物载体材料；(3)将所述功能纳米粒子悬浮液喷射到所述熔融态的有机聚合物载体材料上，使所述多个功能纳米粒子附在所述熔融态的有机聚合物载体材料的表面；以及(4)将步骤(3)得到的所述熔融态的有机聚合物载体材料进行固化处理，得到所述纳米复合纤维材料。2.如权利要求1所述的纳米复合纤维材料的制备方法，其特征在于，所述功能纳米粒子包括二氧化钛、二氧化硅、多孔羟基磷灰石或纳米马达。3.如权利要求2所述的纳米复合纤维材料的制备方法，其特征在于，所述纳米马达包括多孔材料形成的外壳、光催化剂形成的内核以及外壳与内核之间的纳米空腔。4.如权利要求3所述的纳米复合纤维材料的制备方法，其特征在于，所述光催化剂的材料选自TiO2、ZnO、WO3、Fe3O4、Bi2O3、BiOBr、BiOI、SnO2、Cu2O、Nb2O5、Ta2O5、CdS、CdSe、CdTe、GaN、Ta3N5、TaON、C3N4、CdS、ZnS、PbS、MoS2、CuInS2、AgInS2、CdS、ZnIn2S4、GaP、SiC、LaTiON、Sm2Ti2S2O5、钛酸盐、锗酸盐、铌酸盐、钒酸盐、镓酸盐、钽酸盐、锑酸盐、铋酸盐、NiOx/In1-xNix、TaO4、Ag2O、AgCl、AgBr、AgI、AgInZn7S9、β-AgAlO2、β-AgGaO2、β-AgInO2、α-AgAlO2、α-AgGaO2、α-AgInO2、Ag3PO4、AgCrO2、Ag2CrO4、AgAlO2、AgNbO3、InVO4、InNbO4、InTaO4、BiNbO4、BiTaO4、(ZnO)x(GaN)1-x、NaNbO3-AgNbO3、BiTa1-xNbxO4、Sr2NbxTa2-xO7、Sr1-xCaxIn2O4、Ba1-xSrxSnO3、Ca1-xBixVxMo1-xO4、(AgNbO3)1-x(SrTiO3)x、KCa2Nb3O10、Ba5Ta4O15和HCa2Nb3O10中的一种、多种的相互掺杂、过渡金属阳离子掺杂或阴离子掺杂。5.如权利要求2所述的纳米复合纤维材料的制备方法，其特征在于，所述纳米马达还包括位于所述纳米空腔内的助催化剂，所述助催化剂包括过渡金属纳米粒子、金属氧化物纳米粒子和上转换材料纳米粒子。6.如权利要求5所述的纳米复合纤维材料的制备方法，其特征在于，所述过渡金属纳米粒子包括铂金属纳米粒子、金金属纳米粒子、钯金属纳米粒子或银纳米粒子，所述金属氧化物纳米粒子包括氧化锌纳米粒子或氧化亚铜纳米粒子，所述上转换材料纳米粒子包括镱铒双掺杂NaYF4纳米粒子、铥掺杂NaGdF4纳米粒子或钬掺杂NaGdF4纳米粒子。7.如权利要求5所述的纳米复合...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晟，王騊，欧阳申珅，
申请(专利权)人：杭州同净环境科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33