CdS-PAN/CNT杂化复合纳米纤维的制备方法及其用途技术

本发明专利技术涉及一种CdS‑PAN/CNT杂化复合纳米纤维的制备方法，其包括如下步骤：S‑正丙基‑S’‑(α‑甲基‑α’‑乙酸)‑三硫代碳酸酯(PTTC)的制备、CdS‑PTTC的制备、CdS‑PAN的制备和CdS‑PAN/CNT纳米纤维的制备。本发明专利技术采用可逆加成‑断裂链转移聚合结合热致相分离方法制备CdS‑PAN/CNT杂化纳米纤维，工艺简单，产量高，纳米纤维的直径为110～300nm，此制备方法有效地抑制了CdS纳米颗粒的团聚。CdS‑PAN/CNT杂化纳米纤维具有高效的光催降解有机染料的性能，且该杂化纳米纤维较粉末状光催材料易于回收利用。

Preparation and Application of CdS-PAN/CNT Hybrid Composite Nanofibers

The invention relates to a preparation method of CdS PAN/CNT hybrid composite nanofibers, which comprises the following steps: preparation of S n-propyl S (a methyl acetic acid)trithiocarbonate (PTTC), preparation of CdS PTTC, preparation of CdS PAN and preparation of CdS PAN/CNT nanofibers. The CdS PAN/CNT hybrid nanofibers are prepared by reversible addition fragmentation chain transfer polymerization combined with thermally induced phase separation method. The process is simple, the yield is high, and the diameter of the nanofibers is 110-300 nm. The preparation method effectively inhibits the agglomeration of CdS nanoparticles. CdS PAN/CNT hybrid nanofibers have high photocatalytic degradation performance of organic dyes, and the hybrid nanofibers are easier to recycle than powdered photocatalytic materials.

【技术实现步骤摘要】
CdS-PAN/CNT杂化复合纳米纤维的制备方法及其用途
本专利技术涉及一种CdS-PAN/CNT杂化纳米纤维的制备方法，属于无机纳米纤维

技术介绍
由于有机污染物对人类的健康造成重大的危害，因此光催化降解有机污染物被广泛的关注。为了更有效的使用太阳能，大量的研究被用于开发有效的可见光催化剂。硫化镉(CdS)纳米颗粒是一种很重要的II-VI族的半导体材料，在室温下的带隙能为2.42eV，可有效的吸收可见光，且CdS具有非线性光学性能、荧光性能和量子尺寸效应，因而被广泛应用于可见光下光催化降解有机污染物。然而纯的CdS颗粒由于光生电子-空穴对的快速复合、光腐蚀和颗粒团聚，限制了其广泛的应用。为了解决上述问题，常将CdS负载到其它材料上以阻止其颗粒的团聚和电子-空穴对的快速复合。为了能够保持甚至进一步提高CdS纳米颗粒的优异性能，一种有效的技术就是将CdS纳米颗粒和聚合物相结合，制成有机-无机杂化材料。聚合物不仅作为一个载体，而且能阻止CdS纳米颗粒的团聚、控制纳米颗粒的尺寸和分布以及改善它们的光稳定性。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种CdS-PAN/CNT杂化复合纳米纤维的制备方法。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种CdS-PAN/CNT杂化复合纳米纤维的制备方法，其包括如下步骤：将3-巯基乙酸溶于蒸馏水中，调节pH值至11～13后，滴加二硫化碳，反应后滴加1-溴丙烷，反应后用盐酸酸化，得到S-正丙基-S’-(α-甲基-α’-乙酸)-三硫代碳酸酯；将羟基硫化镉、甲氨吡啶和所述S-正丙基-S’-(α-甲基-α’-乙酸)-三硫代碳酸酯溶于N,N’-二甲基甲酰胺溶液中，在氮气的保护下，于0℃分散均匀后，加入二环己基碳二亚胺，常温下进行反应，得到硫化镉-S-正丙基-S’-(α-甲基-α’-乙酸)-三硫代碳酸酯；将乙腈、过硫酸钾和所述硫化镉-S-正丙基-S’-(α-甲基-α’-乙酸)-三硫代碳酸酯混匀后，在80℃下超声辐照，进行可逆加成-断裂链转移聚合反应，得到硫化镉-聚丙烯腈；将碳纳米管和所述硫化镉-聚丙烯腈溶解于N,N'-二甲基甲酰胺/四氢呋喃/丙酮的三元混合溶剂，得到淬火溶液；将所述淬火溶液在-40～-20℃下淬火后，除去三元混合溶剂，得到所述CdS-PAN/CNT杂化复合纳米纤维。作为优选方案，所述盐酸的浓度为3mol/L。作为优选方案，所述三元混合溶剂中，N,N'-二甲基甲酰胺、四氢呋喃、丙酮的质量比为5：(2～3)：(1～2)。作为优选方案，所述羟基硫化镉和S-正丙基-S’-(α-甲基-α’-乙酸)-三硫代碳酸酯的质量比为1：(0.6～1.2)。作为优选方案，所述乙腈和硫化镉-S-正丙基-S’-(α-甲基-α’-乙酸)-三硫代碳酸酯的质量比为1：(0.4～0.6)。作为优选方案，所述碳纳米管和硫化镉-聚丙烯腈的质量比为(0.01～0.04)：5。一种由前述的制备方法得到的CdS-PAN/CNT杂化复合纳米纤维。一种如前述的CdS-PAN/CNT杂化复合纳米纤维在光催化降解有机物的材料中的用途与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：1、本专利技术首先采用可逆加成-断裂链转移聚合合成CdS-PAN，后采用热致相分离方法制备CdS-PAN/CNT杂化纳米纤维，工艺简单，产量高；2、本专利技术制备的CdS-PAN/CNT杂化复合纳米纤维的直径为110～300nm，此制备方法有效地抑制了CdS纳米颗粒的团聚；3、本专利技术制备的CdS-PAN/CNT杂化复合纳米纤维具有比表面积大，机械性能好的特点；4、本专利技术制备的CdS-PAN/CNT杂化复合纳米纤维的光生电子空穴对的复合受到CNT的抑制，提高了它对有机染料有高的光催降解效率，且纳米纤维易于回收利用。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本专利技术中实施例1中CdS-PAN/CNT杂化复合纳米纤维对亚甲蓝溶液的光催化降解曲线。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。实施例11)S-正丙基-S’-(α-甲基-α’-乙酸)-三硫代碳酸酯(PTTC)的制备将10g3-巯基乙酸和100g蒸馏水加入500mL三口烧瓶中，用1mol/L氢氧化钠溶液调节pH值至11，磁力搅拌条件下滴加5g二硫化碳，反应12h。反应结束后继续滴加12g1-溴丙烷，继续反应12h，产物用3mol/L盐酸酸化、抽滤、洗涤、干燥得到S-正丙基-S’-(α-甲基-α’-乙酸)-三硫代碳酸酯(PTTC)。2)CdS-PTTC的制备将1g羟基硫化镉(CdS-OH)、0.6gPTTC和0.915g甲氨基吡啶加入100mLN,N-二甲基甲酰胺溶液，氮气保护条件下，0℃磁力搅拌溶解1h。向上述溶液中加入2.6g二环己基碳二亚胺，常温下继续磁力搅拌反应48h。反应液倒入甲醇中，过滤、洗涤、干燥得到CdS-PTTC。3)CdS-PAN的制备将1g乙腈、0.02g过硫酸钾和0.4gCdS-PTTC混合溶解，80℃下超声辐照反应4h，反应结束后将产物溶解在N,N-二甲基甲酰胺中过滤。滤液加入甲醇中，析出白色沉淀，过滤、洗涤、干燥得到CdS-PAN。4)CdS-PAN/CNT纳米纤维的制备将5gCdS-PAN和0.01g碳纳米管(CNT)溶解在62.5gN,N’-二甲基甲酰胺、25g四氢呋喃和12.5g丙酮的三元混合溶剂中，50℃磁力搅拌5h溶解，形成淬火溶液。将淬火溶液倒入培养皿中，将培养皿放入预先预冷至-20℃冰箱中淬火3h。淬火结束后，将培养皿快速取出，将500mL冰水混合物倒入培养皿中，萃取溶液中的N,N’-二甲基甲酰胺、四氢呋喃和丙酮溶剂，每隔8h换一次蒸馏水，总共换四次，无水乙醇洗涤3遍，鼓风干燥、真空干燥，得到CdS-PAN/CNT杂化复合纳米纤维。5)光催化活性检测取100mgCdS-PAN/CNT杂化复合纳米纤维放入100mL10mg/L的亚甲基蓝溶液中，100W高压汞灯照射下磁力搅拌60min，测定溶液中亚甲基蓝的降解率为95.5％，如图1所示。实施例21)S-正丙基-S’-(α-甲基-α’-乙酸)-三硫代碳酸酯(PTTC)的制备将10g3-巯基乙酸和100g蒸馏水加入500mL三口烧瓶中，用1mol/L氢氧化钠溶液调节pH值至11，磁力搅拌条件下滴加5g二硫化碳，反应12h。反应结束后继续滴加12g1-溴丙烷，继续反应12h，产物用3mol/L盐酸酸化、抽滤、洗涤、干燥得到S-正丙基-S’-(α-甲基-α’-乙酸)-三硫代碳酸酯(PTTC)。2)CdS-PTTC的制备将1g羟基硫化镉(CdS-OH)、0.6gPTTC和0.915g甲氨基吡啶加入100mLN,N-二甲基甲酰胺溶液，氮气保护条件下，0℃磁力搅拌溶解1h。向上述溶液中加入2.6g二环己基碳二亚胺，常温下继续磁力搅拌反应48h。反应液倒入甲醇中，过滤、洗涤、干燥得到CdS-PTTC。3)CdS-PAN的制备将1g乙腈、0.02本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种CdS‑PAN/CNT杂化复合纳米纤维的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将3‑巯基乙酸溶于蒸馏水中，调节pH值至11～13后，滴加二硫化碳，反应后滴加1‑溴丙烷，反应后用盐酸酸化，得到S‑正丙基‑S’‑(α‑甲基‑α’‑乙酸)‑三硫代碳酸酯；将羟基硫化镉、甲氨吡啶和所述S‑正丙基‑S’‑(α‑甲基‑α’‑乙酸)‑三硫代碳酸酯溶于N,N’‑二甲基甲酰胺溶液中，在氮气的保护下，于0℃分散均匀后，加入二环己基碳二亚胺，常温下进行反应，得到硫化镉‑S‑正丙基‑S’‑(α‑甲基‑α’‑乙酸)‑三硫代碳酸酯；将乙腈、过硫酸钾和所述硫化镉‑S‑正丙基‑S’‑(α‑甲基‑α’‑乙酸)‑三硫代碳酸酯混匀后，在80℃下超声辐照，进行可逆加成‑断裂链转移聚合反应，得到硫化镉‑聚丙烯腈；将碳纳米管和所述硫化镉‑聚丙烯腈溶解于N,N'‑二甲基甲酰胺/四氢呋喃/丙酮的三元混合溶剂，得到淬火溶液；将所述淬火溶液在‑40～‑20℃下淬火后，除去三元混合溶剂，得到所述CdS‑PAN/CNT杂化复合纳米纤维。

【技术特征摘要】
1.一种CdS-PAN/CNT杂化复合纳米纤维的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将3-巯基乙酸溶于蒸馏水中，调节pH值至11～13后，滴加二硫化碳，反应后滴加1-溴丙烷，反应后用盐酸酸化，得到S-正丙基-S’-(α-甲基-α’-乙酸)-三硫代碳酸酯；将羟基硫化镉、甲氨吡啶和所述S-正丙基-S’-(α-甲基-α’-乙酸)-三硫代碳酸酯溶于N,N’-二甲基甲酰胺溶液中，在氮气的保护下，于0℃分散均匀后，加入二环己基碳二亚胺，常温下进行反应，得到硫化镉-S-正丙基-S’-(α-甲基-α’-乙酸)-三硫代碳酸酯；将乙腈、过硫酸钾和所述硫化镉-S-正丙基-S’-(α-甲基-α’-乙酸)-三硫代碳酸酯混匀后，在80℃下超声辐照，进行可逆加成-断裂链转移聚合反应，得到硫化镉-聚丙烯腈；将碳纳米管和所述硫化镉-聚丙烯腈溶解于N,N'-二甲基甲酰胺/四氢呋喃/丙酮的三元混合溶剂，得到淬火溶液；将所述淬火溶液在-40～-20℃下淬火后，除去三元混合溶剂，得到所述CdS-PAN/CNT杂化复合纳米纤维。2.如权利要求1所述的CdS-PAN/CNT杂化复合纳米纤维...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡家朋，付兴平，刘淑琼，赵瑨云，徐婕，
申请(专利权)人：晋江瑞碧科技有限公司，武夷学院，
类型：发明
国别省市：福建,35