[发明专利]一种多孔无机光催化复合纳米纤维的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多孔无机光催化复合纳米纤维材料的制备方法，属于无机纳米纤维材料技术领域。 

背景技术

伴随着人类社会的不断进步，人类生存的环境日益恶化，所依赖的不可再生化石能源不断消耗。合理而有效地解决这些人类社会所面临的棘手问题将是实现人类社会可持续发展的最佳选择。其中，太阳能是人类最早使用的清洁能源之一，除了简单直接地利用太阳能外，如何转换和间接地利太阳能也将是一种十分有效的途径。 

自TiO₂可使难降解有机物——多氯联苯脱氯以来，开辟了光催化技术在环保领域中应用的新方向。光催化技术用于环境污染物的降解受到了国内外学者的广泛重视。目前要求对空气及水污染治理过程本身也应是环保的，即不能产生对人体和环境有害的副产品。光催化的作用过程就具有“绿色”特征，如光催化剂的安全性，在室温或接近室温的温度下起作用，氧气的最终来源是分子态氧等(比H₂O₂和O₃等还弱的氧化剂)。在已被研究的催化剂中，TiO₂被认为是较为理想的。另一方面，由于纳米光催化剂的粒径太小，在使用过程中难以回收，使用后容易造成流失，重复利用性差。再有光催化剂具有无选择性地催化分解大量高浓度的有机/无机物的特点，有可能对与之直接相接触的基体材料造成光腐蚀。 

利用静电纺丝得到的纳米纤维直径非常小，具有很高的比表面积和很小的空间间隙，从而具有某些特殊的物理化学性质，如尺寸效应、表面或界面效应、宏观量子随道效应等。此外，通过控制静电纺丝的工艺还可以控制纳米纤维的微观结构，从而使其具有某些特殊的性质以满足不同场合的应用需求。而同轴静电纺丝技术是制备芯壳结构纳米纤维较为简便的方法。由于在径向上复合了不同的材料，因而赋予同轴纳米纤维优异的的综合性能。 

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种多孔无机光催化复合纳米纤维的制备方法，它改变以往光催化剂在载体表面进行负载的传统，而是将催化剂负载在载体材料内部，能够更大幅度地增强光催化的比表面积，提高复合光催化材料的光催化活性，并能有效解决光催化材料对基体材料的光腐蚀问题的。 

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，所述的多孔无机光催化复合纳米纤维的制备方法，它包括以下步骤： 

a）分别配置皮层纺丝溶液和芯层纺丝溶液，将高分子纺丝基材与有机硅酸酯混合、加入溶剂，搅拌均匀，配置同轴静电纺丝液的皮层纺丝溶液；将高分子纺丝基材与有机钛酸酯混合，加入溶剂，搅拌均匀，配置同轴静电纺丝液的芯层纺丝溶液；

b）复合纳米纤维，将皮层纺丝溶液和芯层纺丝溶液以恒定的流速和流速比分别输入到同轴针头进行同轴高压静电纺丝制备，得到复合纳米纤维；

c）制成成品，将复合纳米纤维在氮气氛围下进行高温处理，去除复合纳米纤维中的高分子纺丝基材，然后自然冷却至室温，得到多孔无机光催化复合纳米纤维。

本发明所述的步骤a）中，所述的高分子纺丝基材为聚对苯二甲酸乙二酯（PET）、聚对苯二甲酸丁二酯（PBT）、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）、聚环氧乙烷（PEO）、聚丙烯腈（PAN）、聚己内酰胺（PA）中的一种或几种； 

所述的有机硅酸酯为正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、正硅酸丙酯、正硅酸丁酯、四丁基正硅酸酯、三甲基硅烷氧基硅酸酯中的一种或几种；

所述的有机钛酸酯为钛酸乙酯、钛酸四乙酯、钛酸异丙酯、钛酸四丁酯、钛酸四异丙酯、四叔丁基钛酸酯中的一种或几种；

所述的溶剂为乙醇、丙酮、四氢呋喃、N，N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、丙二醇或者丙三醇中的一种或几种；

本发明所述的步骤a）中，高分子纺丝基材与有机硅酸酯和有机钛酸酯的混合质量比例分别都是：高分子纺丝基材40-90%，有机硅酸酯和有机钛酸酯分别是10-60%；且最终加入溶剂后的纺丝液中的高分子纺丝基材浓度为30-70%。

本发明所述的步骤b）中，同轴高压静电纺丝时皮层和芯层纺丝溶液的流速为0.005-0.02 mL/min，接收距离为10-15 cm，纺丝电压为10-30 kV。 

本发明所述的步骤c）中，复合纳米纤维的高温处理温度为300-500^oC，时间为0.5-5h。