负载硫化镉和二硫化钼的二氧化钛纤维及制备方法技术

本发明专利技术涉及一种负载硫化镉和二硫化钼的二氧化钛纤维及制备方法。首先利用高压静电纺丝法，制备纤维状二氧化钛纤维，然后通过水热法负载硫化镉，在纤维表面形成尺寸很小的硫化镉纳米颗粒，然后再次通过水热法负载片状二硫化钼，最后获得负载了硫化镉和二硫化钼的二氧化钛纳米纤维。本发明专利技术的方法简单，制备产物均一稳定，容易从反应体系中分离回收，在光催化降解水污染物，及制氢，电催化，和传感器领域有所应用。

【技术实现步骤摘要】
负载硫化镉和二硫化钼的二氧化钛纤维及制备方法
本专利技术属于光催化领域，涉及的是负载硫化镉和二硫化钼二氧化钛纤维的制备方法。
技术介绍
随着现在工业社会的快速发展，在物质生活得到提高的同时，环境问题却不容乐观。对于废弃化学排放物的处理得到越来越多的关注。染料废水是主要的有害工业废水之一。在众多半导体光催化材料中，TiO2因为高稳定性、无毒、无二次污染和低成本等优点，在气体和水体污染物处理和光能转换等方面都有很大的应用价值。但TiO2有两个明显的不足:一是带隙较宽(锐钛矿Eg＝3.2eV)，只能吸收λ<387.5nm的紫外光，太阳光利用率低；二是光生电子与空穴容易复合。解决这些不足，一般会将TiO2进行掺杂，表面负载半导体，染料敏化或者负载金属。合成TiO2的方法有很多，如固相法，溶胶凝胶法，水热法，高压静电纺丝法。其中，利用高压静电纺丝法可以方便的合成连续的一维微/纳米纤维。采用一维的二氧化钛纤维作为基体，由于其长径比较大，相对简单的纳米颗粒，更易于从反应后的体系中分离回收，从而多次使用。负载半导体的方法，通常有浸渍法，回流法，物理(化学)气相沉积法，水热法等等。其中水热法是指在反应釜内，以水为介质，通过加热，形成一个高温高压的环境。通过水热法负载纳米材料，相对其他的方法更为环保，反应条件简单温和，容易调控，产物团聚少，分散性好。半导体CdS的带隙在2.4eV，在可见光范围内具有光催化性。但是硫化镉本身比表面积小，易被光腐蚀。将比表面积大的二氧化钛纳米纤维与硫化镉复合，形成TiO2/CdS复合结构具有独特的优势，能够有效分离电子空穴对。MoS2是类石墨烯型，有超细层状结构，带隙在1.89eV。纳米尺度的MoS2具有比微米尺度MoS2更为优异的催化性能，在TiO2/CdS表面负载MoS2纳米片就可以使合成的样品具有较大的吸附性和一定的抗腐蚀性，有利于光催化剂的优化使用。本专利技术采用高压静电法制备二氧化钛纤维，再利用水热法，半胱氨酸作为硫化剂和螯合剂，在二氧化钛纤维表面负载硫化镉。同理，利用硫脲作硫化剂，在纤维表面再次负载二硫化钼，得到了负载硫化镉和二硫化钼的二氧化钛纤维。目前该方法未有报道。
技术实现思路
本专利技术是关于负载硫化镉和二硫化钼二氧化钛纤维的制备方法。合成的三元复合催化剂TiO2/CdS/MoS2的光催化的光吸收范围，可扩大到可见光范围，同时，该催化剂具有比表面积大，易分离，可回收，光催化效率高等优点。合成的催化剂周期较短，产品均一稳定，可降解染料类有机物，具有优异的光催化活性。本专利技术采用高压静电法制备二氧化钛纤维，先利用高压静电，将前驱体溶胶拉伸成纤维状，然后通过烧结得到纯的二氧化钛纤维；再通过水热法，半胱氨酸作为硫化剂和螯合，在二氧化钛纤维表面负载硫化镉。同理，利用硫脲作硫化剂，在纤维表面再次负载二硫化钼，得到了负载硫化镉和二硫化钼的二氧化钛纤维。具体步骤为：(1)将一定量的钛酸正丁酯，乙酰丙酮，PVP，无水乙醇，混合搅拌一夜后，制得前驱体溶胶，通过静电纺丝机得到纤维薄膜；(2)将步骤(1)获得的纤维薄膜低温干燥，再在450℃保温5小时，得到二氧化钛纤维；(3)将由步骤(2)获得的产物与硝酸镉，半胱氨酸和纯水，混合搅拌均匀，转移至反应釜内，在120℃保温12小时，然后离心洗涤干燥，得到负载硫化镉的二氧化钛纤维；(4)将由步骤(3)获得的产物与钼酸铵，硫脲和纯水，混合搅拌均匀，转移至反应釜内，在120℃保温12小时，然后洗涤干燥，得到负载硫化镉和二硫化钼的二氧化钛纤维。3、如权利要求2所述一种负载硫化镉和二硫化钼的二氧化钛纤维的制备方法，其特征在于静电纺丝的前驱体溶胶中，钛酸四丁酯，乙酰丙酮，聚乙烯吡咯烷酮在乙醇中的含量分别为0.4g/mL，0.2g/mL，0.08g/mL。4、如权利要求2所述一种负载硫化镉和二硫化钼的二氧化钛纤维的制备方法，其特征在于静电纺丝机纺丝，喷头尖端与接收板的距离为15cm，电压为10到14kV。5、如权利要求2所述一种负载硫化镉和二硫化钼的二氧化钛纤维的制备方法，其特征在于利用水热法负载硫化镉时，二氧化钛纤维在水中的含量为5g/L，硝酸镉与半胱氨酸的摩尔数为1：3，硝酸镉与二氧化钛的摩尔数之比小于1。6、如权利要求2所述的一种负载硫化镉和二硫化钼的二氧化钛纤维的制备方法，其特征在于利用水热法负载二硫化钼时，负载硫化镉的二氧化钛纤维在水中含量为2.5g/L，硫脲与钼酸铵的质量比为2：1，钼酸铵与二氧化钛的摩尔数之比小于1。制备出的复合材料中，二氧化钛纤维不规则排列，直径在200～500nm，长度大于1微米，有断裂，纤维表面负载了颗粒状的硫化镉，最外层负载了极细的片状的二硫化钼。本专利技术提供的负载硫化镉，二硫化钼的二氧化钛纤维的制备特点是：(1)步骤简单明了，反应物简单，团聚少，易于控制，通过静电纺丝法制备二氧化钛纳米纤维，再通过两步水热法完成二氧化钛纤维和硫化镉和二硫化钼的复合。并且，可以控制实验参数，调节复合材料表面负载物的含量。(2)所得到的三元复合材料中，二氧化钛纤维不规则排列，纤维表面负载了颗粒状的硫化镉，最外层负载了片状的二硫化钼。这种结构和性能的复合材料容易从反应体系中分离回收，在光催化降解水污染物，及制氢，电催化，和传感器领域有所应用。附图说明图1是实施例1中产品的X射线衍射图，其中，曲线1代表纯二氧化钛纤维，曲线2代表负载了硫化镉的二氧化钛纤维，曲线3代表负载了硫化镉和二硫化钼的二氧化钛纤维；图2是实施例1中纯二氧化钛纤维的扫描电镜照片；图3是实施例1中表面负载硫化镉的二氧化钛纤维的扫描电镜照片；图4是实施例1中负载了硫化镉和硫化钼的二氧化钛纤维的扫描电镜照片；图5是实施例1中产品的紫外可见漫反射图谱，曲线1代表纯二氧化钛纤维，曲线2代表负载了硫化镉的二氧化钛纤维，曲线3代表负载了硫化镉和二硫化钼的二氧化钛纤维。下面将结合具体实施方式进一步对本专利技术进行说明。实施例1本实施方式的制备方法步骤为：(1)将4mL钛酸正丁酯和2mL乙酰丙酮，0.8gPVP分别溶入10mL无水乙醇中，搅拌均匀，制得前驱体溶胶；(2)将步骤(1)获得的适量的溶胶注入液体供给装置(注射器)中，喷头尖端与接收板的距离为15cm，施加12kV的电压，得到纤维薄膜；(3)将步骤(2)获得的纤维薄膜在小于45℃的低温下干燥12h，再将其置于管式炉内，1℃/min升温，450℃下保温5小时取出后，研磨，得到TiO2纤维；(4)将步骤(3)获得的二氧化钛纤维取100mg，与77.5mg的硝酸镉，90mg的半胱氨酸，分散在20mL的纯水中，搅拌均匀后转移至30mL的反应釜内；(5)在120℃的烘箱内保温12小时，取出用蒸馏水，乙醇洗涤，离心，60℃烘干，得到负载硫化镉的二氧化钛纤维；(6)将步骤(5)获得的负载了硫化镉的二氧化钛纤维取50mg，与20mg钼酸铵，40mg硫脲分散在20mL的纯水中，搅拌均匀后转移至30mL的反应釜内；(7)在120摄氏度的烘箱内保温12小时，取出用蒸馏水，乙醇洗涤，离心，60℃烘干，得到负载硫化镉和二硫化钼的二氧化钛纤维。实施例2本实施方式的制备方法步骤为：(1)将4mL钛酸正丁酯和2mL乙酰丙酮，0.8gPVP分别溶入10mL无水乙醇中，搅拌均匀，制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种负载硫化镉和二硫化钼的二氧化钛纤维，其特征为，二氧化钛纤维不规则排列，直径在200～500nm，长度大于1微米，有断裂，纤维表面负载了颗粒状的硫化镉，最外层负载了极细的片状的二硫化钼。

【技术特征摘要】
1.一种负载硫化镉和二硫化钼的二氧化钛纤维，其特征为，二氧化钛纤维不规则排列，直径在200～500nm，长度大于1微米，有断裂，纤维表面负载了颗粒状的硫化镉，最外层负载了极细的片状的二硫化钼。2.一种用于权利要求1所述的负载硫化镉和二硫化钼的二氧化钛纤维的制备方法包括以下步骤：(1)将一定量的钛酸正丁酯，乙酰丙酮，PVP，无水乙醇，混合搅拌均匀后，制得前驱体溶胶，通过静电纺丝机得到纤维薄膜；(2)将步骤(1)获得的纤维薄膜低温干燥，再在450℃保温5小时，得到二氧化钛纤维；(3)将由步骤(2)获得的产物与硝酸镉，半胱氨酸和纯水，混合搅拌均匀，转移至反应釜内，在120℃保温12小时，然后离心洗涤干燥，得到负载硫化镉的二氧化钛纤维；(4)将由步骤(3)获得的产物与钼酸铵，硫脲和纯水，混合搅拌均匀，转移至反应釜内，在120℃保温12小时，然后离心洗涤干燥，得到负载硫化镉和二硫化钼的二氧化钛纤维。...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷梅娇，李晓天，赵海鑫，李楠，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22