一种功能性空心银纤维材料的制备及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种功能性空心银纤维材料的制备及其应用，属于无机材料制备技术领域。该银纤维材料由银颗粒构成，构成纤维的银颗粒的平均粒径为80～100nm。该功能材料的制备方法是：以天然生物质棉纤维为模板，使其与一定浓度的银氨溶液进行化学反应，得到银‑棉花复合纤维，后对合成的复合纤维在控制工艺条件下进行煅烧，即得到银纤维功能材料。本发明专利技术方法制得的银纤维功能材料很好的保持了棉花状的微观形貌，机械强度好，对水体中有机污染物对硝基苯酚的还原降解具有良好的催化性能。此外，该方法制得的银纤维功能材料很容易实现固液分离，操作简单，在有机废水处理领域具有良好的应用前景。

Preparation and application of a functional hollow silver fiber material

The invention discloses a preparation and application of a functional hollow silver fiber material, which belongs to the technical field of inorganic material preparation. The silver fiber material is made up of silver particles, and the average particle size of silver particles is 80 to 100nm. The preparation method of the functional material is that the natural biomass cotton fiber is used as a template to make chemical reaction with a certain concentration of silver ammonia solution, and the composite fiber of silver cotton is obtained. Then the composite fiber is calcined under the control process, that is, the functional material of silver fiber is obtained. The silver fiber functional materials prepared by the method have good microstructure, good mechanical strength and good catalytic performance for the reduction and degradation of organic pollutants to nitrophenol in water. In addition, the silver fiber functional material made by the method is easy to realize solid-liquid separation and has simple operation and has good application prospects in the field of organic wastewater treatment.

【技术实现步骤摘要】
一种功能性空心银纤维材料的制备及其应用
本专利技术属于无机材料领域，具体涉及一种功能性空心银纤维材料的制备方法及该银纤维材料在污水处理方面的应用。
技术介绍
随着材料领域研究的不断深入，贵金属材料由于其杰出的物理化学特性以及在传感、光电子、生物医学以及催化方面的潜在应用而得到了越来越多的关注。一些常见的贵金属材料(金，银，铂等)都在这些领域得到了较为广泛的应用。在这些贵金属材料中，银功能材料由于其价格相对低廉以及较强的表面等离子体效应而受到了广泛的关注。银功能材料通常作为催化剂应用于许多涉及电子转移的化学反应中。其催化速度快，催化效率高，目前已经成为了研究的热点之一。目前，国内外科学家已经成功的合成出了不同种类的银功能材料，文献(1)“RSCAdvances,2015,5,41639”提出以硝酸修饰的聚苯胺为模板，使其与硝酸银溶液反应，合成聚苯胺/银复合材料。文献(2)“JournalofHazardousMaterials,2014,268,84”提出采用溶胶凝胶法制备出TiO2材料，并在其表面负载银纳米颗粒。文献(3)“RSCAdvances,2014,4,17846”采用了不同大小的银纳米颗粒修饰二氧化硅微球，得到Ag/SiO2复合材料。然而，以上文献公布的制备方法步骤繁琐，制备过程中需要借助额外有机试剂，容易对环境造成二次污染。不仅如此，目前所制备的银功能材料多以粉末状为主，很难进行固液分离。银纤维材料具有稳定性强，机械强度好以及容易实现固液分离等优点。目前受到了越来越多的关注。通常用来制备银纤维材料的方法主要包括电化学沉积法，超声辐射法以及模板法等。在这些制备方法中，模板法的价格低廉且操作较为简单，因而应用最为广泛。能够作为模板的材料有很多。文献(4)“CeramicsInternational，2017，43，14525”提出采用SiO2为模板，通过在碱性溶液中进行化学腐蚀ZnO/Ag/SiO2纤维而得到具有多孔结构的ZnO/Ag纤维。文献(5)“OpticalMaterial，2015，39，278”采用静电纺丝技术成功的得到了PVP纤维，并使其作为模板进一步合成了PVP/Ag复合纤维。然而，这些模板材料通常难以从复合物中被去除，而且还原银离子的这一过程较为繁琐，为此加入的一些还原剂也提高了制备的成本。从而难以实现规模化工业应用。
技术实现思路
为克服现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种绿色、简单、成本低的功能性空心银纤维材料的制备方法，以期得到的银纤维材料在污水处理方面能够得到应用。为了实现上述目的，本专利技术是通过以下技术方案予以实现的。本专利技术提供了一种功能性空心银纤维材料，该空心银纤维材料是由直径80～100nm的银颗粒组成；它的制备包括如下步骤：(1)将0.1～0.7g硝酸银溶解在30mL去离子水中，之后逐滴加入氨水，使溶液中的沉淀恰好溶解为止；接下来将0.5～3g天然棉纤维浸泡在银氨溶液中，并于50～100℃条件下反应1～6h；反应结束后，将反应器在空气中自然冷却至室温，然后取出样品，洗涤、干燥后得到银-棉花复合纤维。(2)对步骤(1)合成得到的银-棉花复合纤维在空气气氛下进行煅烧以去除复合物中的棉纤维，即得到白色的功能性空心银纤维材料。所述煅烧温度为400～700℃，煅烧时间为1～4h。煅烧过程采用的升温方式为程序升温法。进一步的，所述天然棉纤维为天然棉花或废弃棉花。上述制备的功能性空心银纤维材料可作为催化剂在对水体中对硝基苯酚还原降解反应中加以应用。本专利技术方法的作用机理如下：成熟的棉纤维绝大部份由纤维素组成。纤维素是天然高分子化合物,其分子式为(C6H10O5)n,大分子结构式纤维素是一种多糖物质,每个纤维大分子是由n个葡萄糖剩基(葡萄糖酐),彼此以1-4键(氧桥)联结而形成的。所以,纤维素大分子的基本链节是葡萄糖剩基。纤维素大分子中,每个氧六环(不包括两端)上含有三个游离醇基,其中2、3位碳原子上是两个仲醇基，6位碳原子上是一个伯醇羟基，它们都具有一般醇羟基的特性。在纤维大分子的末端1位碳原子上有一个性质与其它醇羟基不同的羟基(-OH),由于它的存在而产生醛基性质,具有还原性。棉纤维表面具有还原性的羟基可以与银离子发生反应，使得银离子在棉纤维的表面进行原位还原，从而得到最终的功能性空心银纤维材料。与现有技术相比，本专利技术具有以下技术效果：1、本专利技术制备的功能性空心银纤维材料很好的保持了棉花状的微观形貌，机械强度好，不会在溶液中分散，可直接实现固液分离，无须进行额外的分离操作，具有很明显的优势。2、本专利技术的制备过程十分简单，所使用的原料来源丰富，价格低廉，在反应过程中无任何额外有机试剂的加入，不会对环境造成二次污染，是一种绿色、简单、成本低的制备方法。3、本专利技术提供的功能性空心银纤维材料是由直径为80-100nm的银颗粒构成；随着银氨溶液浓度的增加，所合成的银纤维的厚度以及完整性均有明显的提升，且对水体中对硝基苯酚的还原降解具有优秀的催化性能，因而其在污水处理等领域具有良好的应用前景。附图说明图1：(a)银-棉花复合纤维的TG-DTA图；(b)煅烧前后的样品照片；其中：图1a是采用热重分析仪对银-棉花复合纤维进行表征得到的TG-DTA图；图1b是煅烧前的复合纤维以及煅烧后得到的功能性空心银纤维材料的照片。图2：不同制备条件下得到材料的XRD谱图；其中：曲线a、b、c、d分别为不同制备条件下得到的功能性空心银纤维材料的XRD图谱；图中横坐标为2θ，单位为(°)度，纵坐标为强度，单位为a.u.(绝对单位)；采用谢乐尔(Sherrer)公式计算功能性空心银纤维材料的晶粒度(D＝kλ/βcosθ,D为晶粒大小，λ为波长，取0.15418nm，θ为衍射角，β为半宽峰，k取常数0.89)。图3：本专利技术实施例3得到的银纤维材料的扫描电镜照片。具体实施方式以下结合附图和具体实施例详述本专利技术，但本专利技术不局限于下述实施例。实施例1将0.1g硝酸银(AgNO3)溶于30mL去离子水中，搅拌使之完全溶解，后逐滴加入浓氨水使溶液中的沉淀恰好消失，形成银氨溶液。然后将0.5g天然棉纤维浸泡于银氨溶液中，在烘箱中100℃反应1h，得银-棉花复合纤维。采用NETZSCHSTA449C热重分析仪对银-棉花复合纤维进行分析，其分析结果如图1a所示，复合纤维在大约325℃处有明显的失重以及放热峰。当温度上升到400℃后，失重速率趋于平衡，因此，复合材料的煅烧温度范围选定为400-700℃。将银-棉花复合纤维置入马弗炉内，以10℃/min的升温速率升至400℃。保持4h。然后将其取出，在空气中冷却至室温。得到本专利技术的功能性空心银纤维材料。采用X射线衍射用XpertMPDPhiliphs全自动衍射仪表征产物的结构组成，其XRD测试结果如图2所示，产物中含有单一的Ag(JCPDSno.04-0783)，SEM照片采用HitachiS4800进行拍摄。得到的功能性空心银纤维材料分析结果如下：XRD显示功能性空心银纤维材料中只出现Ag的衍射峰，无杂质峰(见图2中曲线a)，计算得Ag的晶粒尺寸为1.25nm。SEM照片显示样品为网状纤维，表面可见孔洞结构。将得到的功能性空心银纤维材料用于水体中对硝基苯酚的催化还原中，结本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种功能性空心银纤维材料的制备方法，其特征在于，该银纤维材料是由直径80～100nm的银颗粒组成；其制备包括如下步骤：(1)将0.1～0.7g硝酸银溶解在30mL去离子水中，之后逐滴加入氨水，使溶液中的沉淀恰好溶解为止；接下来将0.5～3g天然棉纤维浸泡在银氨溶液中，并于50～100℃条件下反应1～6h；反应结束后，将反应器在空气中自然冷却至室温，然后取出样品，洗涤、干燥后得到银‑棉花复合纤维；(2)对步骤(1)合成得到的银‑棉花复合纤维在空气气氛下进行煅烧以去除复合物中的棉纤维，即得到白色的功能性空心银纤维材料；所述煅烧采用的升温方式为程序升温法；所述煅烧温度为400～700oC，煅烧时间为1～4h。

【技术特征摘要】
1.一种功能性空心银纤维材料的制备方法，其特征在于，该银纤维材料是由直径80～100nm的银颗粒组成；其制备包括如下步骤：(1)将0.1～0.7g硝酸银溶解在30mL去离子水中，之后逐滴加入氨水，使溶液中的沉淀恰好溶解为止；接下来将0.5～3g天然棉纤维浸泡在银氨溶液中，并于50～100℃条件下反应1～6h；反应结束后，将反应器在空气中自然冷却至室温，然后取出样品，洗涤、干燥后得到银-棉花复合纤维；(2)对...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾志刚，李紫宇，倪涛，罗光程，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34