一种复合纤维材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种复合纤维材料，它包括一有机纤维载体和嵌设在该有机纤维载体中的多个功能纳米粒子。本发明专利技术还提供一种复合纤维材料的制备方法包括以下步骤：(1)加热多个功能纳米粒子；(2)通过热气流将加热后的多个功能纳米粒子喷射到一有机纤维载体上，并使所述有机纤维载体与所述多个功能纳米粒子接触的部位熔融，而将所述多个功能纳米粒子嵌设在所述有机纤维载体上。本发明专利技术采用有机纤维载体作为载体，而实现将功能纳米粒子进行有效的负载。该种负载复合方式，可实现功能纳米粒子高量负载。同时将功能纳米粒子拓展到柔性纤维载体可应用的所有场景。该复合纤维材料可应用于污水净化处理、空气净化处理或抗菌杀毒处理等领域。

Composite fiber material, preparation method and application thereof

The present invention provides a composite fiber material comprising an organic fiber carrier and a plurality of functional nanoparticles embedded in the organic fiber carrier. The invention also provides a method for preparing a composite fiber material comprises the following steps: (1) heating multiple functional nanoparticles; (2) by the hot gas flow of multiple functional nanoparticles after heating to a jet of organic fiber carrier, and the organic fiber carrier and the plurality of functional nanoparticles contact the part of melting, the plurality of functional nanoparticles embedded in the organic fiber carrier. The invention adopts the organic fiber carrier as a carrier to realize the effective load of the functional nano particle. The composite mode of load can realize high load of functional nanoparticles. At the same time, functional nanoparticles are extended to all scenarios where flexible fiber carriers can be applied. The composite fiber material can be applied to the fields of sewage purification treatment, air purification treatment or antibacterial and anti-virus treatment, etc..

【技术实现步骤摘要】
一种复合纤维材料及其制备方法和应用
本专利技术属于纤维材料领域，尤其涉及一种复合纤维材料及其制备方法和应用。
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，所以即使投入大量人力、物力、财力的情况下收到的效果仍甚微，因而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复合纤维材料及其制备方法和应用，以解决上述问题。一种复合纤维材料，其包括一有机纤维载体和嵌设在该有机纤维载体中的多个功能纳米粒子。其中，所述“嵌设”是指所述功能纳米粒子部分埋入或夹持于所述有机纤维载体中，而所述功能纳米粒子的部分表面暴露。所述功能纳米粒子包括二氧化钛、二氧化硅、磷灰石或纳米马达。所述纳米马达具有一核壳结构，其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。所述功能纳米粒子的粒径不做限定，优选的，为10纳米～1微米。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。所述有机纤维载体为一维结构、二维结构或三维结构。所述有机纤维载体由柔性纤维材料组成。所述柔性纤维材料包括人造纤维材料或合成纤维材料。其中，所述合成纤维材料包括聚酯纤维材料、聚酰胺纤维、聚乙烯醇纤维、聚丙烯腈纤维、聚丙烯纤维、聚氯乙烯纤维、聚乳酸纤维材料或聚乙烯纤维材料等。本专利技术还提供一种上述复合纤维材料的制备方法，其包括以下步骤：(1)加热多个功能纳米粒子；(2)通过热气流将加热后的多个功能纳米粒子喷射到一有机纤维载体上，并使所述有机纤维载体与所述多个功能纳米粒子接触的部位熔融，而将所述多个功能纳米粒子嵌设在所述有机纤维载体上。步骤(1)中将所述多个功能纳米粒子加热到100℃-250℃。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本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合纤维材料，其特征在于，它包括一有机纤维载体和嵌设在该有机纤维载体中的多个功能纳米粒子。

【技术特征摘要】
2016.04.29 CN 20161028225461.一种复合纤维材料，其特征在于，它包括一有机纤维载体和嵌设在该有机纤维载体中的多个功能纳米粒子。2.如权利要求1所述的复合纤维材料，其特征在于，所述功能纳米粒子包括二氧化钛、二氧化硅、磷灰石或纳米马达。3.如权利要求2所述的复合纤维材料，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所述的复合纤维材料，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3所述的复合纤维材料，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所述的复合纤维材料，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所述的复合纤维材料，其特征在于，所述助催化剂为颗粒结晶状或者枝状。8.如权利要求3所述的复合纤维材料，其特征在于，所述多孔材料为多孔二氧化硅、玻璃多孔材料、铝磷酸盐多孔材料中的至少一种。9.如权利要求1所述的复合纤维材料，其特征在于，所述有机纤维载体为一维结构、二维结构或三维结构。10.如权利要求9所述的复合纤维材料，其特征在于，所述有机纤维载体由柔性纤维材料组成，所述柔性纤维材料包括人造纤维材料或合成纤维材料。11.一种复合纤维材料的制备方法，其包括以下步骤：(1)加热多个功能纳米粒子；(2)通过热气流将加热后的多个功能纳米粒子喷射到一有机纤维载体上，并使所述有机纤维载体与所述多个功能纳米粒子接触的部位熔融，而将所述多个功能纳米粒子嵌设在所述有机纤维载体上。12.如权利要求11所述的复合纤维材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中将所述多个功能纳米粒子加热到100℃-250℃。13.如权...

【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