[发明专利]一种聚偏氟乙烯/二氧化钛复合纳米纤维膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无机薄膜材料技术领域，涉及一种聚偏氟乙烯/二氧化钛复合纳米纤维的制备。

背景技术

复合材料作为一种新型材料不仅能够提高材料的各方面性能，还能赋予聚合物复合材料新的功能，使新材料具有更广阔的应用空间。

聚偏氟乙烯(PVDF)是偏氟乙烯均聚物或者偏氟乙烯与其他少量含氟乙烯基单体的共聚物。除了具有良好的的耐化学腐蚀性、耐高温性、耐候性(长期使用温度-70℃-150℃，长期紫外光200nm-400nm照射下基本不改变其性能)、耐射线辐射性能外，还具有压电性、介电性、热电性等特殊性能，是目前含氟塑料中产量为第二大产品，全球年产量超过4.3万吨。其主要应用集中在石油化工、电子电器和氟碳涂料三大领域。

二氧化钛是迄今为止最有应用潜力的无机质光催化剂，纳米二氧化钛因其具有特殊的表面效应、小尺寸效应和久保效应等，可以有效应用于液相中有机污染物的处理、降解大气中的有机污染物、除菌、降解水面石油污染物、去除空气中氮氧化物和除臭等。近年来由于二氧化钛的无毒性质和廉价也在二氧化碳光催化还原上受到热烈的欢迎。目前，主要制备方法有化学沉淀法、溶胶一凝胶法、微乳液、气相反应法等。如高基伟等利用sol-gel工艺，采用钛酸丁酯-无水乙醇-盐酸体系材料，制备出具有良好光催化性能得氧化钛晶体溶胶；F.-D.Duminica等利用AP-MOCVD法，在温度小于420℃，在不锈钢和硅(110)基板上沉积上具有光催化性能和亲水性的TiO₂薄膜(F.-D.Duminica，F.Maury and R.Hausbrand.Growth of TiO₂thin films by AP-MOCVD on stainless steel substrates for photocatalytic applications.Surface and Coatings Technology.Surf.Coat.Technol.(2007)，doi：10.1016/j.surfcoat.2007.04.011)。

二氧化碳还原一般在二氧化钛半导体上由于宽禁带性质导致其转换效率是非常低，常规的解决方法是在半导体上进行各种金属或非金属物质掺杂或沉积以改变二氧化钛原始的宽禁带性质。通过减小禁带宽度或设一个电荷传输中心有利于分离光声载流子所产生的电子空穴对来增强二氧化钛在二氧化碳还原的性能。由于纳米二氧化钛颗粒易团聚，不少文献报道利用导电玻璃如FTO或钛板作为二氧化钛纳米结构生长的基板[5，9]。这些基板材料具有较低的柔软性和较大的重量，因此局限了实际应用也增加了运输成本。

PVDF纳米纤维膜不仅具有较大的比表面积也有非常好的柔软性，轻而且能大规模的生产。虽然PVDF拥有很低的热电系数(0.24X10^-8P_TCoul/cm²℃)但其介电常数只有13因此输出功率相对的大。在阳光在照射下热能导致PVDF材料晶相位移形成电荷，正负离子个别分离形成了一个自建电场，然后结合半导体的复合(二氧化钛)使电子-空穴对分离。自建电场分离了电子-空穴对有助于降低电子-空穴对的复合几率，增长了电子的寿命。这些被激活的电子在每根PVDF纤维表面上再进行还原二氧化碳分子成燃气如甲烷。

发明内容

本发明的目的是提供具有高光催化活性的聚偏氟乙烯/二氧化钛(PVDF/TiO₂)复合纳米纤维的制备方法。

一种聚偏氟乙烯/二氧化钛复合纳米纤维膜的制备方法，包括以下步骤：

1)将2～2.8g聚偏氟乙烯溶于总体积为20ml的N-N二甲基甲酰胺和丙酮的混合溶液中，再加入5g钛酸丁酯进行磁力搅拌，其中钛酸丁酯与N-N二甲基甲酰胺质量比为7∶3，搅拌24小时成均一前驱体溶液。

所述的N-N二甲基甲酰胺与丙酮体积比为7∶3。

2)利用静电纺丝装置，将前驱体溶液制成聚偏氟乙烯/钛酸丁酯复合纳米纤维膜。

3)干燥后将聚偏氟乙烯/钛酸丁酯复合纳米纤维膜从铝箔纸撕下再进行溶剂热处理，使二氧化钛生长，形成聚偏氟乙烯/二氧化钛复合纳米纤维膜。

所述的静电纺丝装置的电源电压为18～20kV，喷丝头与接收基板的距离为10～15cm，供料速度为0.5～0.7ml/h。

本发明制备过程中，通过改变钛酸丁酯的质量百分数，可以改变PVDF/TiO₂复合纳米纤维膜的光催化性能。

本发明的有益效果在于：