一种光催化纤维织物、制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种光催化纤维织物、制备方法及其应用，属于光催化技术领域。该光催化纤维织物通过如下方法制得：采用化学接枝法制得含羧酸基、胺基、羟基功能基团的纤维织物；以铋酸钠、金属盐、聚乙烯醇为原料通过水热法制得光催化剂粉末A，以尿素、双聚氰胺、三聚氰胺中的至少一种为原料通过缺氧热解法制得光催化剂粉末B，采用超声分散法制得光催化剂粉末A和光催化剂B的混合分散液；将光催化剂分散液均匀涂布在纤维织物表面，获得光催化纤维织物。本发明专利技术操作简单、绿色环保，适合工业化生产使用，制得的光催化纤维织物可在超低功率LED白光驱动下，实现环境中污染物净化和抗菌灭菌的双重功效。双重功效。双重功效。

【技术实现步骤摘要】
一种光催化纤维织物、制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于光催化环境净化
，具体涉及一种光催化纤维织物、制备方法及其在LED白光驱动下实现光催化抗菌和环境净化的应用。

技术介绍

[0002]太阳光驱动光催化具有成本低、效率高、环境友好等优势，逐渐在环境净化和抗菌灭菌等领域得到广泛研究。设计具有合适能带结构的光催化剂是决定光催化效率的关键因素。现有光催化剂如TiO2、ZnO和g
‑
C3N4，通常存在难以有效利用太阳光(尤其是占比90％以上的可见光和红外光)、易发生空穴
‑
电子对复合以及光催化性能差等问题。构建氧空位和异质结构被认为是改善光催化性能的主要手段。近年来，具有丰富氧空位和多价离子共存(Bi
3+
和Bi
5+
)的铋氧化物引起了研究者的强烈兴趣，该类光催化剂存在铋储量丰富、无毒、多相结构、带隙窄(<2eV)和可吸收全太阳光谱等显著优势。铋氧化物结构中的氧空位主要通过铋酸钠在氢氧化钠水溶液中进行水热反应的方法引入，通常需要在高温(>180℃)和长反应时间(>12小时)下进行；通过调整水热反应条件(如水热温度、氢氧化钠浓度、反应时间)，有助于形成多种铋氧化物(如BiO2‑
x
、Bi2O4、Bi4O7、Bi2O
2.75
、NaBiO3前驱体)的异质结构。然而，这些光催化剂的光催化性能仍难以满足实际需求，尤其是在随处可见的超低功率LED光照下，难以发挥光催化抗菌和环境净化的作用。
[0003]在实际应用中，粉末光催化剂存在易团聚、分离困难、易造成二次污染等缺陷，将粉末光催化剂引入纤维织物结构中制得光催化纤维织物，是解决粉末光催化剂缺陷的有效措施之一。通常使用粘结剂将光催化剂粉末粘结在基体纤维织物上形成光催化剂涂层，或将光催化剂粉末分散在高分子纺丝液中进行纺丝获得光催化纤维织物，但前者存在负载不均匀、涂层易脱落、粘结剂影响光催化活性等问题，后者存在需复杂纺丝设备、光催化活性位点易被高分子包裹或覆盖等问题。

技术实现思路

[0004]针对上述缺陷，本专利技术的目的在于提供一种光催化纤维织物、制备方法及其在LED白光驱动下实现催化抗菌和环境净化的应用，旨在解决常规光催化剂难以在超低功率LED白光下发挥抗菌和环境净化作用的技术问题，同时解决粉末光催化剂难以在纤维织物表面稳定负载和高效发挥光催化作用的技术问题。本专利技术提供的制备方法操作简单、绿色环保，适合工业化生产使用，制得的光催化纤维织物可在超低功率LED白光驱动下，实现环境中污染物净化和抗菌灭菌的双重功效。
[0005]实现本专利技术目的的技术方案是：
[0006](1)采用化学接枝法在基体纤维织物结构中引入羧酸基、胺基、羟基基团，获得含上述功能基团的纤维织物；
[0007](2)将一定量的铋酸钠、金属盐、聚乙烯醇分散于1mol/L氢氧化钠溶液中，室温下搅拌均匀，然后转移至聚四氟乙烯内衬的反应釜中，于100
‑
180℃下水热反应10分钟
‑
60分
钟，冷却后固液分离、水洗至中性、烘干，获得光催化剂粉末A；将尿素、双聚氰胺、三聚氰胺中的至少一种在缺氧条件下热解，获得光催化剂粉末B；将光催化剂粉末A和光催化剂粉末B按一定比例分散在混合溶剂中，超声条件下剥离光催化剂并自组装复合获得光催化剂分散液；
[0008](3)将光催化剂分散液均匀涂布在多功能纤维织物表面，于一定温度下老化，促使纤维织物溶胀并使得光催化剂与功能基团形成稳定化学键，水洗烘干后，获得光催化纤维织物。
[0009]优选地，步骤(1)中所述的基体纤维织物是聚丙烯腈纤维、棉纤维、活性炭纤维。
[0010]优选地，步骤(2)中所述的金属盐为铁、锰、铈、铋的硝酸盐、氯化盐或乙酸盐中的至少一种，金属盐(以金属元素计)和铋酸钠(以铋元素计)的质量比为0.1～10:100，光催化剂粉末A和B的质量比为100:0.1～20，混合溶剂为醇(甲醇、乙醇、乙二醇中的至少一种)与离子液体(1
‑
乙基
‑3‑
甲基咪唑氯化物、1
‑
丁基
‑3‑
甲基咪唑氯化物、1
‑
烯丙基
‑3‑
甲基咪唑氯化物中的至少一种)的混合物，混合体积比为100:1
‑
10。
[0011]优选地，步骤(3)中所述的涂布方法包括但不限于刮涂、喷涂、浸涂、辊涂和刷涂等，老化温度为60
‑
120℃，在优选条件下光催化剂的涂布量为1
‑
10mg/cm2纤维织物。
[0012]上述方法制备的纤维织物应用于LED驱动催化抗菌和环境净化。具体应用方法为：将光催化纤维织物直接加入受有机物或致病菌污染的水体，暗环境中反应1小时至吸附
‑
脱附平衡后，打开LED光源(功率3
‑
5W，波长380
‑
760nm)进行光催化降解或灭菌反应。
[0013]本专利技术的创新点在于：(1)为实现光催化剂在超低功率LED白光照射下的优异光催化活性，本专利技术一方面在水热反应中引入金属盐和聚乙烯醇，显著缩短粉末光催化剂A的水热制备时间，构建具有丰富氧空位的多晶结构光催化剂，另一方面将其与粉末光催化剂B超声复合，进一步丰富氧空位并构建异质结构。(2)为实现粉末光催化剂在基体纤维织物结构中的稳定、高效负载，本专利技术在基体纤维结构中引入多种功能基团，并在分散溶剂中引入对基体纤维具有优良溶胀作用的离子液体，有助于粉末催化剂与基体纤维形成稳定化学键。
[0014]与现有技术相比，本专利技术具有如下技术效果：
[0015](1)本专利技术构建的LED白光驱动催化抗菌和环境净化纤维织物，光吸收范围宽(涵盖紫外光、可见光、近红外光全光谱)，可有效利用超低功率LED白光，实现致病菌和环境污染物的高效去除；
[0016](2)光催化剂粉末与纤维织物间存在化学键合作用，有效避免了光催化剂粉体易流失、难回收、对环境易造成二次污染等问题；
[0017](3)光催化纤维织物应用形式灵活，可直接加入水体中，也可制成滤床、滤袋等，将污染水体以一定流速通过得以净化；
[0018](4)本专利技术公开的LED白光驱动催化抗菌和环境净化纤维织物制备方法，具有操作简单、成本低廉、绿色环保等优势，适合工业化生产使用，在环境污染净化和抗菌灭菌领域具有良好的工业化应用前景。
附图说明
[0019]图1为本专利技术制得的粉末光催化剂的紫外
‑
可见
‑
近红外光吸收光谱；
[0020]图2为本专利技术制得的光催化纤维织物在超低功率LED白光照射下，对磺胺类抗生素
(左)和金黄色葡萄球菌(右)的去除效果；
[0021]图3为本专利技术制得的光催化纤维织物经三次循环使用后的光学照片(上)、扫描电镜照片(下左)和EDS元素本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光催化纤维织物的制备方法，其特征在于，通过如下方法制备而成：(1)采用化学接枝法在基体纤维织物结构中引入羧酸基、胺基、羟基基团，获得含羧酸基、胺基、羟基功能基团的纤维织物；(2)将一定量的铋酸钠、金属盐、聚乙烯醇分散于1mol/L氢氧化钠溶液中，室温下搅拌均匀，然后转移至聚四氟乙烯内衬的反应釜中，于100
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180℃下水热反应10
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60分钟，冷却后固液分离、水洗至中性、烘干，获得光催化剂粉末A；将尿素、双氰胺、三聚氰胺中的至少一种在缺氧条件下热解，获得光催化剂粉末B；将光催化剂粉末A和光催化剂粉末B按一定比例分散在混合溶剂中，超声条件下剥离光催化剂并自组装复合获得光催化剂分散液C；其中所述的金属盐为铁、锰、铈、铋的硝酸盐、氯化盐或乙酸盐中的至少一种，混合溶剂为醇与离子液体的混合物；(3)将光催化剂分散液C均匀涂布在步骤(1)制得的纤维织物表面，于一定温度下老化，促使纤维织物溶胀并使得光催化剂与功能基团形成稳定化学键，水洗烘干后，获得光催化纤维织物。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的基体纤维织物是聚丙烯腈纤维、棉纤维或活性炭纤维。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步...

【专利技术属性】
技术研发人员：王静，寇丽栋，范庆峰，邢兴，高强立，段显英，田振邦，
申请(专利权)人：河南省科学院化学研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：