一种多孔负载型静电纺纳米光催化纤维膜及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种多孔负载型静电纺纳米光催化纤维膜及其制备方法，其制备方法将纳米二氧化钛、聚丙烯腈(PAN)及聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶解在溶剂中制得静电纺丝溶液，经过静电纺丝得到负载纳米二氧化钛的纳米光催化纤维膜，该纳米光催化纤维膜经水处理后溶出PVP得到多孔负载型静电纺纳米光催化纤维膜；本发明专利技术方法简单，易于操作，成本低，所制备的光催化纤维膜具有高孔隙率、大比表面积的特点，有效地增大与反应物的接触面积，提高光催化降解效率，其光催化效率高达90％以上，对亚甲基蓝的去除率最高能够达到93％以上，其电纺纳米纤维作为载体将光催化剂二氧化钛固定，可防止催化剂的流失并对其回收利用，具有永久的光催化效果。

【技术实现步骤摘要】
一种多孔负载型静电纺纳米光催化纤维膜及其制备方法
本专利技术涉及纳米材料
，具体涉及一种多孔负载型静电纺纳米光催化纤维膜及其制备方法。
技术介绍
环境污染问题日益严重，大量污染物排放到环境中，释放出具有毒性的甚至是具有致癌性的物质，人们通过各种物理、化学方法，如沉淀、吸附、反渗透、超滤等对有害物质进行分离，但这些技术仅仅是将这些污染物从水体中转移到淤泥等其他位置，并未对这些污染物进行根除，从而造成了新的污染。光催化材料多为半导体材料，在有光的条件下会发生一系列氧化-还原反应。常用的二氧化钛以其无毒、价廉、催化活性高、化学性质稳定且能将有机物完全矿化成CO2、H2O等无机小分子的特点，引起了越来越多的学者关注，利用二氧化钛光催化剂降解有机污染物是目前研究的热点。静电纺丝法是一种常用的制备纳米纤维的方法，在外加电场作用下，带电的高分子溶液或熔体在静电场中流动、变形，然后溶剂挥发或者熔体冷却而固化，于是得到了静电纺丝纤维，纤维直径可以达到数十纳米到数微米之间。静电纺纤维一般有大的比表面积以及纤维之间具有小孔等特殊形态，可用于活性物质的负载、催化剂应用、轻薄型加固、强化、疏水性涂层等。大量聚合物如聚丙烯腈(PAN)、聚环氧乙烯(PEO)、聚乳酸(PLA)等通过电纺丝法制备成纳米纤维膜而应用于药物缓释、催化剂应用等领域。静电纺丝超细纤维膜重量轻，具有较高的空隙率、较小的孔径，对气体中悬浮的化学制剂微粒有很好的阻碍作用，且对空气及水汽有很高的透过率。现有技术中虽然存在以静电纺丝纤维为载体的具有光催化效果的PAN/TiO2纳米纤维膜产品，但其电纺纤维表面多数无多孔结构或制备工艺复杂，且存在吸附率、去除率及光催化效率低等技术问题，不能较好的用于空气或有机污染物的降解。期刊文献“PreparationandcharacterizationofelectrospumPAN/TiO2fibermatbyelecronbeamirradiation”，Phil-HyunKang等，Polymer(Korea)，第36卷第1期，第47-52页，2012年，公开了一种通过电子束照射的静电纺PAN/TiO2纤维垫的制备与表征，该文章中记载了将聚丙烯腈按重量比1:9溶解在二甲基甲酰胺溶剂中，并加入一定重量比的钛酸四丁酯，制备聚合物溶液，加入与钛酸四丁酯摩尔比例为1:2的乙酸，进行反应生产TiO2，将聚合物溶液在80℃条件下搅拌4h得到均匀的PAN/TiO2溶液，然后经过静电纺丝工艺制得聚丙烯腈/TiO2纤维垫。该制备方法得到的聚丙烯腈/TiO2纤维垫，纤维表面无多孔结构，比表面积小，光催化降解效率低。另外，期刊文献“SynthesisofTiO2/polyacrylonitrilenanofiberscompositeanditsapplicationtoleadionsremovalfromwastewaters”，MaryamShojaei等，Desalinationandwatertreatment,第1403–1412页，2014年8月，公开了一种PAN/TiO2合成的复合纳米纤维膜及其在污水中去除铅离子的应用，该PAN/TiO2复合纳米纤维膜采用PAN、DMF及纳米二氧化钛形成的电纺丝液在一定静电纺丝工艺条件下制备而成，但该PAN/TiO2复合纳米纤维膜同样存在纤维表面无多孔结构，比表面积小，光催化降解效率低等问题，无法较好的吸附去除污水污染物。中国专利申请CN104826622.A公开了一种多孔碳纳米纤维负载钐掺杂纳米二氧化钛材料及其制备方法和应用，其中制备多孔碳纳米纤维负载钐掺杂纳米二氧化钛材料的方法包括：(1)将钛的前驱体、钐的前驱体、水解抑制剂、聚合物、致孔剂及有机溶剂配成均匀纺丝液；(2)将纺丝液进行静电纺丝，获得纳米纤维膜；(3)将纳米纤维膜在空气氛围、200～300℃下预氧化处理1～6h，获得稳定化纳米纤维；(4)将稳定化纳米纤维在500～1000℃下碳化处理1～6h，获得多孔碳纳米纤维负载钐掺杂二氧化钛材料。该专利技术的制备方法采用钛的前驱体配制纺丝液，制备工艺复杂，且易存在钛的前驱体反应不完全，得出的二氧化钛数量、大小有限，催化降解效率低。中国专利申请CN104588004A公开了一种紫外光催化降解有机污染物催化剂及制备方法，将钛酸四丁酯、乙酸、甲醇和聚乙烯吡咯烷酮倒入锥形瓶中，搅拌得到溶胶，经静电纺丝得到纳米纤维膜，煅烧得TiO2纳米纤维；将其置于硝酸银溶液中搅拌还原，紫外光照射得Ag/TiO2催化剂。该专利技术制备方法先通过静电纺丝得到PVP/TBT纳米纤维膜，再通过煅烧制得TiO2纳米纤维，煅烧过程存在部分煅烧不完全或死角，制得的TiO2纳米纤维质量不理想，TiO2纳米纤维比表面积小，光催化降解效率低。中国专利申请CN106345314A公开了一种多孔氧化铁-氧化钛-活性炭复合纤维膜及制备方法，制备方法如下：(1)将聚丙烯腈(PAN)按质量比1:10的比例溶解于N，N-二甲基甲酰胺DMF溶液中，充分搅拌形成透明溶胶；同时，将钛酸四丁酯和硝酸铁按摩尔比1:9～9:1混合溶于DMF溶液中，充分搅拌形成透明溶液；将两种溶液均匀混合并在磁力搅拌器上搅拌得到前驱体溶胶；(2)将前驱体溶胶纺丝得到前驱体纤维膜；(3)将前驱体纤维膜在马弗炉中280℃预处理4h后，置于两块石墨板之间，放入氮气气氛炉中于700～800℃下焙烧4～10h，获得纳米结构多孔氧化铁-氧化钛-活性炭复合纤维膜材料。该专利技术结合了光催化、吸附和过滤性能，在可见光照射下，废水直接透过纤维膜被吸附和降解，制备方法中采用钛酸四丁酯，通过焙烧制得复合纤维膜材料，纤维膜材料比表面积小，且光催化剂有限，进而催化降解效率有限。
技术实现思路
为克服现有技术中的不足，本专利技术的目的在于提供一种方法简单、易于操作、成本低的多孔负载型静电纺纳米光催化纤维膜的制备方法，其技术方案如下：具体包括如下步骤：(1)将聚丙烯腈(PAN)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)及纳米二氧化钛(TiO2)一起直接溶解在溶剂中进行静电纺丝溶液的配置；(2)将步骤(1)的溶液在一定温度下进行剧烈搅拌，然后对搅拌后的溶液进行冷却处理得到电纺丝溶液；(3)将上述步骤(2)制得的电纺丝溶液置于注射器中，在高压电源下，通过微量注射泵控制挤出速度，进行静电纺丝得到负载纳米二氧化钛的纳米光催化纤维膜；(4)将步骤(3)制得的所述纳米光催化纤维膜浸入去离子水中，并在水浴中进行超声处理；(5)将步骤(4)超声处理后的纳米光催化纤维膜放置于热水中浸泡一定时间，溶出PVP；(6)将步骤(5)处理后的纳米光催化纤维膜放置于真空干燥箱中进行干燥处理，得到多孔负载型静电纺纳米光催化纤维膜。优选地，所述步骤(1)中所述PAN相对溶剂为6～18wt.％，PVP相对溶剂为1～14wt.％，所述纳米TiO2相对溶剂为1～6wt.％，所述纳米TiO2为锐钛型，粒径为5～10nm。优选地，所述步骤(1)中所述溶剂为二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基乙酰胺(DMAc)、二甲基亚砜(DMSO)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)中的一种或多种。优选地，所述步骤(2)中温度为40～70℃，剧烈搅拌时间为10～20h；所述电纺丝溶液需先自然冷却到室温本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多孔负载型静电纺纳米光催化纤维膜的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：(1)将聚丙烯腈(PAN)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)及纳米二氧化钛(TiO2)一起直接溶解在溶剂中进行静电纺丝溶液的配置；(2)将步骤(1)的溶液在一定温度下进行剧烈搅拌，然后对搅拌后的溶液进行冷却处理得到静电纺丝溶液；(3)将上述步骤(2)制得的静电纺丝溶液置于注射器中，在高压电源下，通过微量注射泵控制挤出速度，进行静电纺丝得到负载纳米二氧化钛的纳米光催化纤维膜；(4)将步骤(3)制得的所述纳米光催化纤维膜浸入去离子水中，并在水浴中进行超声处理；(5)将步骤(4)超声处理后的纳米光催化纤维膜放置于热水中浸泡一定时间，溶出PVP；(6)将步骤(5)处理后的纳米光催化纤维膜放置于真空干燥箱中进行干燥处理，得到多孔负载型静电纺纳米光催化纤维膜。

【技术特征摘要】
1.一种多孔负载型静电纺纳米光催化纤维膜的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：(1)将聚丙烯腈(PAN)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)及纳米二氧化钛(TiO2)一起直接溶解在溶剂中进行静电纺丝溶液的配置；(2)将步骤(1)的溶液在一定温度下进行剧烈搅拌，然后对搅拌后的溶液进行冷却处理得到静电纺丝溶液；(3)将上述步骤(2)制得的静电纺丝溶液置于注射器中，在高压电源下，通过微量注射泵控制挤出速度，进行静电纺丝得到负载纳米二氧化钛的纳米光催化纤维膜；(4)将步骤(3)制得的所述纳米光催化纤维膜浸入去离子水中，并在水浴中进行超声处理；(5)将步骤(4)超声处理后的纳米光催化纤维膜放置于热水中浸泡一定时间，溶出PVP；(6)将步骤(5)处理后的纳米光催化纤维膜放置于真空干燥箱中进行干燥处理，得到多孔负载型静电纺纳米光催化纤维膜。2.根据权利要求1所述的多孔负载型静电纺纳米光催化纤维膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中所述PAN相对溶剂为6～18wt.％，PVP相对溶剂为1～14wt.％，所述纳米TiO2相对溶剂为1～6wt.％，所述纳米TiO2为锐钛型，粒径为5～10nm。3.根据权利要求1所述的多孔负载型静电纺纳米光催化纤维膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中所述溶剂为二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基乙酰胺(DMAc)、二甲基亚砜(DMSO)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)中的一种或多种。4.根据权利要求1-3任一项所述的多孔负载型静电纺纳米光催化纤维...

【专利技术属性】
技术研发人员：王琛，赵甜甜，王军，路思娴，刘静，颜琨，
申请(专利权)人：西安工程大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61