含有复合二氧化钛粉的纺丝工艺以及二氧化钛粉的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种含有复合二氧化钛粉的纺丝工艺以及二氧化钛粉的制备方法，包括以下步骤：将纺丝母粒进行多孔化处理，使母粒上形成孔隙，且孔隙的平均内径为：50nm‑20μm；将步骤(1)处理后的母粒与复合二氧化钛粉混合，使所述复合二氧化钛粉进入到所述母粒的孔隙内，所述复合二氧化钛粉为N‑Au共掺杂复合二氧化钛或N‑Ag共掺杂复合二氧化钛；使用混合有复合二氧化钛纳粉的母粒进行纺丝。加入银等金属会拓展吸收光的光谱范围，使织物在太阳光下具有良好的响应效果。经纺丝获得的纤维和织物具有抗菌性能和抗静电性能。

Spinning Technology of Composite Titanium Dioxide Powder and Preparation Method of Titanium Dioxide Powder

The invention discloses a spinning process containing composite titanium dioxide powder and a preparation method of titanium dioxide powder, which comprises the following steps: the spinning masterbatch is porous to form a pore on the masterbatch, and the average inner diameter of the pore is 50 nm 20 um; the masterbatch after step (1) treatment is mixed with the composite titanium dioxide powder to make the composite titanium dioxide powder enter the masterbatch. In the pore of the particle, the composite titanium dioxide powder is N_Au co-doped composite titanium dioxide or N_Ag co-doped composite titanium dioxide; the master batch mixed with composite titanium dioxide nanopowder is used for spinning. The addition of silver and other metals will expand the spectrum range of absorption light and make the fabric have good response under sunlight. The fibers and fabrics obtained by spinning have antimicrobial and antistatic properties.

【技术实现步骤摘要】
含有复合二氧化钛粉的纺丝工艺以及二氧化钛粉的制备方法
本专利技术涉及一种光催化材料的制备方法，特别涉及一种具有高可见光相应、高催化效率的多元掺杂的复合二氧化钛粉光催化的制备方法以及掺杂该复合二氧化钛粉的纺丝工艺。
技术介绍
纳米二氧化钛作为重要的无机过渡金属氧化物材料，具有高的催化活性、良好的耐气候性、优异的抗紫外线能力。近年来，二氧化钛纳米材料的研究与日俱增，其在废水处理、防晒护肤、涂料和传感器、光催化剂等领域备受人们的关注。相比其他过渡金属氧化物，纳米二氧化钛既能吸收紫外线、反射紫外线、还可以透过可见光，是性能优越、极具发展前途的紫外线防护剂。但纯纳米二氧化钛半导体材料作为催化剂也存在一些不足：首先是自身的禁带宽度较宽(Eg＝3.2ev)，仅能吸收波长小于387nm的紫外光，而对太阳光中占大多数的可见光不产生作用；其次是电子-空穴的复合几率大，有效的光子存活时间短、数量少，使得纳米二氧化钛并不能充分发挥其催化性。为了提高纳米二氧化钛在光催化领域的应用，大量报道显示，对纳米二氧化钛进行掺杂以降低其禁带宽度或提高对可见光的吸收是一种有效方法。掺杂方法涉及金属和非金属掺杂、离子掺杂、半导体复合和表面修饰等，其中贵金属掺杂效果最好，掺杂途径包括紫外光还原法、化学还原法和电化学沉积法等。当修饰后的纳米二氧化钛受光激发后，价带中产生的电子流向费米能较低的金属，使得光生电子和空穴的分离，提高了量子效率，进而提高纳米二氧化钛的光催化性能。常用金属掺杂有Pt、Ag、Pd以及各种稀有金属、金属离子和金属氧化物，但金属掺杂对可见光的利用率仍较低。非金属掺杂主要以N掺杂为主，但是N掺杂的也容易引起电子和空穴的复合，降低光催化效率。因此，利用金属和非金属共同掺杂二氧化钛颗粒能够协同作用，在有效拓展可见光区域的同时，提高光催化效率，制备能够广泛应用的光催化材料。纳米二氧化钛的光催化性能与其形态有极大关系，目前其存在形式有球形、棒形、线性等。二氧化钛纳米颗粒的制备方法包括溶胶-凝胶法、微乳液法、溶剂法以及水热反应法，一般是先制备出二氧化钛颗粒，再经水热制得二氧化钛颗粒。这些方法制得的纳米二氧化钛颗粒的尺寸大小、尺寸分布以及反应条件直接影响二氧化钛颗粒的表面形貌和尺寸均一性，且这两步合成法耗能较高、污染严重，不符合低能耗、“绿色”生产要求。改性纳米二氧化钛的光催化性还与掺杂物的状态、结构、含量、分布等有关。如掺杂金属单质，特别是金单质时，金单质催化活性受到纳米金颗粒大小、负载量等方面的影响。研究表明，当金颗粒尺寸＜10nm时，表现出较高的催化活性；金单质负载量＜5％时，较容易得到小尺寸的金颗粒。另外，纳米二氧化钛的比表面积以及与金粒子的相互作用也影响到复合催化剂的活性。负载量过大时，反而加速了电子和空穴的复合，降低催化效率。综上，在负载金属颗粒过程中，金属颗粒的尺寸大小以及在纳米二氧化钛上的可控分布显得尤为重要。此外，采用简单、方便高效的制备工艺，缩短加工时间，节约成本，也是未来技术的发展方向。碱减量处理是在高温和较浓的烧碱液中处理聚对苯二甲酸乙二醇酯及其衍生物的过程，其表面被碱刻蚀后，其质量减轻，表面形成凹坑，并增加被处理物表面的孔隙。
技术实现思路
本专利技术目的在于克服现有技术的不足，提供一种工艺简单，能实现具有较优复合二氧化钛均匀混合度的纺丝工艺，以及制备N-Au或/和N-Ag共掺杂复合二氧化钛。通过该方法制备的N-Au或/和N-Ag等共掺杂的二氧化钛粉具有抗菌、抗紫外线、高催化活性和环保无污染的优势，可广泛应用于纺织、气体净化、污水处理和太阳能电池等方面。本专利技术的第一种技术方案为：一种含有复合二氧化钛粉的纺丝工艺，包括以下步骤：(1)将纺丝母粒进行多孔化处理，使母粒上形成孔隙，且孔隙的平均内径为：50nm-20μm；(2)将步骤(1)处理后的母粒与复合二氧化钛粉混合，使所述复合二氧化钛粉进入到所述母粒的孔隙内，所述复合二氧化钛粉为N-Au共掺杂复合二氧化钛或N-Ag共掺杂复合二氧化钛；(3)使用混合有复合二氧化钛纳粉的母粒进行纺丝。进一步的，所述母粒材质为聚对苯二甲酸乙二醇酯及其衍生物，所述多孔化处理是将母粒在一定温度的碱液中浸泡反应的过程。上述母粒咋碱液中的浸泡处理为碱减量处理，处理过程中的反应温度优选低于聚对苯二甲酸乙二醇酯及其衍生物的玻璃化温度。进一步的，所述复合二氧化钛粉为N-金属共掺杂的复合二氧化钛粉。进一步的，所述N-金属为：N-Au、N-Ag、N-Pt、N-Cu中的一种或多种。进一步的，所述纺丝为熔融纺丝。本专利技术的第二种技术方案为：一种复合二氧化钛粉的制备方法，包括以下步骤：(a)将钛酸四丁酯溶液加入到酸性溶液中，搅拌静置后转化为凝胶状物质，即二氧化钛凝胶；(b)将含金单质或银单质的溶液与端氨基超支化聚合物的溶液混合在一起；(c)将步骤(a)得到的二氧化钛凝胶与步骤(b)得到的混合溶液充分混合，并保持在180～240℃的温度范围内一段时间；干燥即得N-Au或N-Ag共掺杂的复合二氧化钛粉。本专利技术的第三种技术方案为：一种如权利要求1或2中所述的复合二氧化钛粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(Ⅰ)将钛酸四丁酯溶液加入到酸性溶液中，搅拌静置后转化为凝胶状物质，即二氧化钛凝胶；(Ⅱ)将氯金酸溶液或硝酸银加入到超支化聚合物的溶液中，并加热沸腾；(Ⅲ)将步骤(Ⅱ)中含金单质或银单质的溶液均加入到端氨基超支化聚合物的溶液中，并混合均匀；(Ⅳ)将步骤(Ⅰ)得到的二氧化钛凝胶与步骤(Ⅲ)得到的混合溶液充分混合，并保持在180～240℃的温度范围内一段时间；然后醇洗、水洗、干燥，即得N-Au或N-Ag共掺杂的复合二氧化钛粉。进一步的，所述钛酸四丁酯溶液的浓度为50～150g/L。进一步的，所述端氨基超支化聚合物溶液浓度为10～100g/L。进一步的，所述二氧化钛凝胶与混合溶液的质量比为1:5～1:10。本专利技术的第四种技术方案为：一种使用含有复合二氧化钛粉的纺丝工艺制备而成的纤维，包括含有复合二氧化钛粉纺丝纤维以及该纺丝纤维制成的织物。端氨基超支化聚合物是一种具有类似球形的多孔三维网状结构、拥有大量活性氨基、高溶解性、高粘度的聚合物。该聚合物内部有大量空隙，可充当纳米反应容器控制小粒径和稳定形貌的纳米颗粒形成。本专利技术利用端氨基超支化聚合物可络合还原氯金酸、硝酸根离子等，同时控制二氧化钛颗粒的生长的原理。水热煮沸过程中，端氨基超支化聚合物的中的氨基将金属离子还原成金属单质，同时，它的三维网状结构将金属单质稳定的分散在溶液中。端氨基超支化聚合物的特殊结构提供了纳米反应容器的作用，控制金属单质和二氧化钛颗粒的形成尺寸。在高温过程中，丰富的氨基会向纳米二氧化钛晶格内部渗透，形成N掺杂。经过水热高温过程，金单质或银单质通过氢键作用粘附在二氧化钛颗粒上，进而得到N-Au或N-Au等共掺杂的复合二氧化钛颗粒。与现有技术相比，本专利技术具有以下优势：(1)通过端氨基超支化聚合物可调控获得具有复合二氧化钛颗粒粉末；(2)制备工艺简单，金属单(优选金单质和银单质)质尺寸可控，有利于提高生产效率，节约成本；(3)通过调节氯金酸或硝酸银分别和端氨基超支化聚合物的浓度比比能有效控制的纳米金颗粒的大小；(4)掺杂的纳米金颗粒在二氧化钛上分布均匀，能更本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含有复合二氧化钛粉的纺丝工艺，其特征在于，包括以下步骤：(1)将纺丝母粒进行多孔化处理，使母粒上形成孔隙，且孔隙的平均内径为：50nm‑20μm；(2)将步骤(1)处理后的母粒与复合二氧化钛粉混合，使所述复合二氧化钛粉进入到所述母粒的孔隙内，所述复合二氧化钛粉为N‑Au共掺杂复合二氧化钛或N‑Ag共掺杂复合二氧化钛；(3)使用混合有复合二氧化钛纳粉的母粒进行纺丝。

【技术特征摘要】
1.一种含有复合二氧化钛粉的纺丝工艺，其特征在于，包括以下步骤：(1)将纺丝母粒进行多孔化处理，使母粒上形成孔隙，且孔隙的平均内径为：50nm-20μm；(2)将步骤(1)处理后的母粒与复合二氧化钛粉混合，使所述复合二氧化钛粉进入到所述母粒的孔隙内，所述复合二氧化钛粉为N-Au共掺杂复合二氧化钛或N-Ag共掺杂复合二氧化钛；(3)使用混合有复合二氧化钛纳粉的母粒进行纺丝。2.根据权利要求1所述的含有复合二氧化钛粉的纺丝工艺，其特征在于：所述母粒材质为聚对苯二甲酸乙二醇酯及其衍生物，所述多孔化处理是将母粒在一定温度的碱液中浸泡反应的过程。3.根据权利要求1所述的含有复合二氧化钛粉的纺丝工艺，其特征在于：所述复合二氧化钛粉为N-金属共掺杂的复合二氧化钛粉。4.根据权利要求1所述的含有复合二氧化钛粉的纺丝工艺，其特征在于：所述纺丝为熔融纺丝。5.一种如权利要求1或2中所述的复合二氧化钛粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(a)将钛酸四丁酯溶液加入到酸性溶液中，搅拌静置后转化为凝胶状物质，即二氧化钛凝胶；(b)将含金单质或银单质的溶液与端氨基超支化聚合物的溶液混合在一起；(c)将步骤(a)得到的二氧化钛凝胶与步骤(b)得到的混合溶液充分混合，...

【专利技术属性】
技术研发人员：付凡，林红，陈宇岳，张雨凡，左琴平，张德锁，
申请(专利权)人：南通纺织丝绸产业技术研究院，苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32