一种宽光谱响应光催化膜的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种宽光谱响应的光催化膜的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：配制聚合物基体溶液、超临界水热法制备宽光谱响应二氧化钛光催化剂、静电纺丝制备宽光谱响应光催化膜。本发明专利技术制得的光催化膜具有高孔隙率、高比面积的优点，比表面积达到300m

A method for the preparation of photocatalytic membrane with wide spectrum response

The present invention provides a method for preparing a photocatalytic membrane wide spectral response, the preparation method comprises the following steps: preparing polymer solution and supercritical hydrothermal synthesis of wide spectral response of photocatalytic membrane response of TiO2 photocatalyst, electrospinning of wide spectrum. The photocatalytic film produced by this invention has the advantages of high porosity and high specific area, and the specific surface area is 300m

【技术实现步骤摘要】
一种宽光谱响应光催化膜的制备方法
本专利技术涉及化工及高分子功能材料
，具体涉及一种宽光谱响应光催化膜的制备方法。
技术介绍
随着工业化进程的加快，环境和能源问题日益严重。大到空气污染、水污染，小到室内装修污染、车内污染等都威胁着人体的健康。近些年来，光催化技术发展迅速，广泛用于空气和水净化、灭菌消毒等领域，其反应条件温和、成本低廉，又能利用太阳能为驱动力，同时无二次污染，是一种既能缓解能源短缺又能有效防治环境污染的办法。纳米二氧化钛作为最常见的一种光催化剂，具有性质稳定、经济、绿色、无危害等优点，在光催化领域应用广泛。但是由于二氧化钛禁带宽度达3.2eV，只对入射波长低于387nm的紫外光相应，对太阳光的利用仅占3～5％；另一方面，二氧化钛的光生电子与空穴容易复合，光量子效率不高。因此通过对纳米二氧化钛改性来扩大光谱响应范围以及提高催化效率是当前的研究热点。
技术实现思路
为了解决现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种宽光谱响应光催化膜的制备方法，能够制备得到具有高比表面积、宽光谱响应的光催化膜。为实现所述技术目的，本专利技术的技术方案是：一种宽光谱响应的光催化膜的制备方法，所述宽光谱响应光催化膜是二氧化钛/聚合物基体复合膜，所述制备方法包括以下步骤：1)配制聚合物基体溶液：将聚合物基体活化，然后将聚合物基体溶解在溶剂中，得到聚合物基体溶液；所述聚合物基体选自纤维素、木质素、半纤维素、壳聚糖、甲壳素、聚乙烯醇或异丙醇/水溶液；2)超临界水热法制备宽光谱响应二氧化钛光催化剂：将二羟基双(乳酸铵)钛(IV)溶液和硝酸镍溶液，与超临界状态的水反应，制备得到Ni离子掺杂改性的二氧化钛光催化剂；3)静电纺丝制备宽光谱响应光催化膜：以步骤2)得到的Ni离子掺杂改性的二氧化钛光催化剂的水溶液作为浸渍液，将所述聚合物基体溶液作为原料进行静电纺丝，制备得到的无纺膜通过在二氧化钛水溶液中浸渍实现二氧化钛的自组装，得到所述宽光谱响应光催化膜。优选的，步骤1)中所述聚合物基体的活化过程为：将聚合物基体分别依次浸泡在水、甲醇、二甲基乙酰胺中1～1.5小时。优选的，步骤1)中，当所述聚合物基体为纤维素、木质素、半纤维素、壳聚糖、甲壳素时，所述溶剂为DMAc/LiCl溶液；当所述聚合物基体为聚乙烯醇时，所述溶剂为体积比7/3的异丙醇/水溶液；当所述聚合物基体为醋酸纤维素时，所述溶剂为体积比1/1的醋酸/丙酮溶液。DMAc：二甲基乙酰胺。优选的，所述DMAc/LiCl溶液中DMAc与LiCl的的重量比为92-93∶7-8。优选的，所述聚合物基体溶液的浓度为1～2wt％。优选的，所述聚合物基体为纤维素、木质素、半纤维素、壳聚糖、甲壳素。优选的，所述超临界水热法制备宽光谱响应二氧化钛光催化剂的步骤为：a.将去离子水加热至温度400～500℃，压力22～25Mpa；b.配制0.05～0.15M的二羟基双(乳酸铵)钛(IV)和0.0005～0.002M的硝酸镍混合溶液；c.将a中去离子水与b中混合溶液抽入水热釜中反应，水热釜维持200～250℃温度，持续反应10～15h；d.将c中反应得到的悬浊物用去离子水洗涤至中性后，经离心机固液分离；e.将d中所得样品再次用去离子水清洗至PH值＝7，然后使用离心机分离；f.将e中得到的样品冷冻干燥，在-50℃下冷冻4～6h，再真空干燥24h，得到Ni离子掺杂改性的二氧化钛光催化剂，即是宽光谱响应二氧化钛光催化剂。优选的，所述步骤3)具体为：采用浓度为0.01～2wt％的二氧化钛光催化剂的水溶液作为浸渍液，将聚合物基体溶液作为原料静电纺丝，以铝箔作为收集装置，静电纺丝制备的无纺膜通过在二氧化钛水溶液中简单浸渍实现二氧化钛的自组装，最后经过冷冻干燥和高温干燥，制得二氧化钛/聚合物基体复合膜，即所述宽光谱响应光催化膜。优选的，所述步骤3)中，聚合物基体溶液在0.3～0.45mL/min的推进速度下进行纺丝，正、负电压分别设定为20～23KV和-1～-0.9KV。优选的，制备得到的宽光谱响应光催化膜为二氧化钛/聚合物基体复合膜，所述宽光谱响应光催化膜包括聚合物基体组成的纳米纤维层和均匀地分布在所述纳米纤维层上面的纳米二氧化钛颗粒，其比表面积为300m2/g以上。优选的，所述纳米二氧化钛是锐钛矿型纳米颗粒。优选的，所述纳米二氧化钛颗粒包括核体和壳层。优选的，所述核体为晶体结构，呈长程有序排列。优选的，所述壳层为无定型结构，呈长程无序排列。优选的，所述纳米二氧化钛与聚合物基体中的活性官能团通过范德华力和氢键相互作用，在纳米纤维上自组装连接。优选的，所述聚合物基体组成的纳米纤维的纤维直径＜1um。优选的，所述核体直径1-100nm，壳层厚度1-10nm。优选的，所述核体直径1-20nm，壳层厚度1-2nm。优选的，所述纳米二氧化钛颗粒直径＜10nm。优选的，所述宽光谱响应光催化膜的比表面积为300m2/g以上。所述纳米纤维层中的纳米纤维相互交织，孔径小、孔隙率高。本专利技术可通过改变纺丝液中聚合物浓度、浸渍液中二氧化钛浓度等条件调控膜的形态和结构。通过改变收集辊的转速，还可以调控纤维的取向程度。通过改变喷丝速率以及电压的强度，可以调控纤维的直径。本专利技术首次采用纤维素为基体材料，纤维素具有可再生、可生物降解、环境友好等特点，这也提升了本专利技术产品的环境友好度。本专利技术以纤维素、木质素、半纤维素、壳聚糖、甲壳素等生物质材料为基体材料制备的纤维膜，可生物降解，绿色环保。本专利技术采用溶剂交换的方法将聚合物基体活化，高温活化会造成生物质类材料如纤维素降解，而溶剂交换的方法几乎不会造成纤维素的降解，因此更加稳定可靠。本专利技术聚合物基体的选择范围很广，可选用纤维素、木质素、半纤维素、壳聚糖、甲壳素等生物质材料为基体材料，也可选用醋酸纤维素、聚乙烯醇等人工合成材料作为基体材料进行静电纺丝。采用不同聚合物为基体材料，得到的分层结构膜具有不同的物理、化学性能，可应用在不同领域。这使得本专利技术方法具有广泛的应用。本专利技术中，二氧化钛光催化剂采用超临界水热法制备并经过改性，具有较高的催化效率，光谱响应范围可扩展到可见光及吸收响应＞800nm的近红外波段，并可在弱光下反应。超临界水热法制备得到的二氧化钛纳米材料颗粒粒径小(～5nm)、比表面积较大，因而光催化效果更好，再经过镍掺杂改性，光谱响应更宽。聚合物基体富含羟基羧基等活性官能团，能够通过氢键和螯合作用与二氧化钛紧密结合，而二氧化钛纳米颗粒通过范德华力和氢键相互作用，再在聚合物基体纳米纤维上自组装，结合更牢固，保证了光催化膜长期的使用寿命。本专利技术制得的光催化膜具有高孔隙率、高比面积的优点，比表面积达到300m2/g以上，同时还有微孔和介孔并存的特殊结构，使得二氧化钛纳米材料颗粒更均匀地分散负载在聚合物基体纤维膜上。本专利技术制备的光催化膜兼具过滤及净化功能，可以过滤纳米级颗粒物，不仅能大量吸附甲醛、VOC等污染物，还能在日光条件下高效将甲醛、VOC等污染物污染物催化降解成CO2和水，实现催化降解和过滤的双重功效。此外，本专利技术制得的光催化膜具有很强的循环使用性，循环10次后仍能保持水通量几乎不变，可反复使用。附图说明图1是本专利技术实施例1制备的二氧化钛/纤维素复合膜的放大2000倍的SEM图。图2是本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种宽光谱响应光催化膜的制备方法，其特征在于，所述宽光谱响应光催化膜是二氧化钛/聚合物基体复合膜，所述制备方法包括以下步骤：1)配制聚合物基体溶液：将聚合物基体活化，然后将聚合物基体溶解在溶剂中，得到聚合物基体溶液；所述聚合物基体选自纤维素、木质素、半纤维素、壳聚糖、甲壳素、聚乙烯醇或异丙醇/水溶液；2)超临界水热法制备宽光谱响应二氧化钛光催化剂：将二羟基双(乳酸铵)钛(IV)和硝酸镍混合溶液，与超临界状态的水反应，制备得到Ni离子掺杂改性的二氧化钛光催化剂；3)静电纺丝制备宽光谱响应光催化膜：以步骤2)得到的Ni离子掺杂改性的二氧化钛光催化剂的水溶液作为浸渍液，将所述聚合物基体溶液作为原料进行静电纺丝，制备得到的无纺膜通过在二氧化钛水溶液中浸渍实现二氧化钛的自组装，得到所述宽光谱响应光催化膜。

【技术特征摘要】
1.一种宽光谱响应光催化膜的制备方法，其特征在于，所述宽光谱响应光催化膜是二氧化钛/聚合物基体复合膜，所述制备方法包括以下步骤：1)配制聚合物基体溶液：将聚合物基体活化，然后将聚合物基体溶解在溶剂中，得到聚合物基体溶液；所述聚合物基体选自纤维素、木质素、半纤维素、壳聚糖、甲壳素、聚乙烯醇或异丙醇/水溶液；2)超临界水热法制备宽光谱响应二氧化钛光催化剂：将二羟基双(乳酸铵)钛(IV)和硝酸镍混合溶液，与超临界状态的水反应，制备得到Ni离子掺杂改性的二氧化钛光催化剂；3)静电纺丝制备宽光谱响应光催化膜：以步骤2)得到的Ni离子掺杂改性的二氧化钛光催化剂的水溶液作为浸渍液，将所述聚合物基体溶液作为原料进行静电纺丝，制备得到的无纺膜通过在二氧化钛水溶液中浸渍实现二氧化钛的自组装，得到所述宽光谱响应光催化膜。2.如权利要求1所述的宽光谱响应光催化膜的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述聚合物基体的活化过程为：将聚合物基体分别依次浸泡在水、甲醇、二甲基乙酰胺中1～1.5小时。3.如权利要求1所述的宽光谱响应光催化膜的制备方法，其特征在于，步骤1)中，当所述聚合物基体为纤维素、木质素、半纤维素、壳聚糖、甲壳素时，所述溶剂为DMAc/LiCl溶液；当所述聚合物基体为聚乙烯醇时，所述溶剂为体积比7/3的异丙醇/水溶液；当所述聚合物基体为醋酸纤维素时，所述溶剂为体积比1/1的醋酸/丙酮溶液。4.如权利要求3所述的宽光谱响应光催化膜的制备方法，其特征在于，所述DMAc/LiCl溶液中DMAc与LiCl的重量比为92-93∶7-8。5.如权利要求1所述的宽光谱响应光催化膜的制备方法，其特征在于，所述聚合物基体溶液的浓度为1～2wt％。6.如权利要求1所述的宽光谱响应光催化膜的制备方法，其特征在于，所述聚合物基体为纤维素、木质素、半纤维素、壳...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱英明，时宝，陆森荣，
申请(专利权)人：江苏科来材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32