[发明专利]一步溶剂法制备光催化性能优异的二氧化钛纤维、前驱体及纺丝溶液的方法

说明书

技术领域

本发明属于功能材料技术领域，涉及一种具有优异的光催化性能的二氧化钛纤维的制备方法。

背景技术

近年来，全球性的环境问题，已经引起了人们的广泛关注。如何解决环境污染问题已经是迫在眉睫的事情，人们正在积极的开发用于治理环境污染的新方法及其新技术。自从1972年，Fujishima等发现二氧化钛可以电解水开始，二氧化钛就引发了研究热潮。二氧化钛有很高的化学和光学稳定性，低价无毒，还可以防腐蚀，是进行光催化降解和产氢的备选材料。目前广泛应用的二氧化钛纳米粉等存在易团聚、易失活、难回收等缺点；负载型二氧化钛虽然能解决这个难题，但是负载之后，它的吸收光子的能力下降，导致光催化效率降低。因此，研究具有稳定高效的光催化性能，并且易于回收、固定的二氧化钛纤维材料是非常必要的。二氧化钛纤维具有催化活性高、易回收和再生及可重复使用的优点，解决了二氧化钛纳米粉光催化性能高但是回收难的矛盾。二氧化钛纤维制备简单，批量生产技术成熟化；工艺流程简单，其前驱体的研制可在常温常压下进行，二氧化钛纤维的制备过程和使用过程都不会产生二次污染。

20世纪80年代开始，二氧化钛纤维的制备已经有多项专利。日本专利文件JP55136126A、JP1246139 A、JP60046927 A等采用钛酸盐脱碱法制备二氧化钛纤维。再比如日本专利文件JP2019569 A、JP4163317 A等采用浸渍法来制备二氧化钛纤维。美国专利文件US4166147 A采用溶胶凝胶法制备二氧化钛纤维。

采用聚钛前驱体制备二氧化钛的专利已经有不少，但是还存在很多不足。中国专利文件CN1584156A以四氯化钛、乙酰丙酮、三乙胺为原料，甲醇、四氢呋喃为溶剂，两步法合成前驱体聚乙酰丙酮合钛，经过离心甩丝和水蒸汽处理得到二氧化钛纤维。中国专利文件CN1772373A利用钛酸四丁酯、乙酰乙酸乙酯为原料，乙醇、四氢呋喃为溶剂，得到聚乙酰乙酸乙酯合钛，离心甩丝和水蒸汽处理得到二氧化钛纤维。中国专利文件CN102286804A利用四氯化钛、醋酸钾为原料，乙醇为溶剂，经过离心甩丝和水蒸汽处理制备了二氧化钛纤维。

但是，上述二氧化钛纤维的制备方法工艺复杂、反应条件苛刻、原料价格昂贵、反应时间长，获得的二氧化钛质量不高、光催化效果较差。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一步溶剂法制备二氧化钛纤维、前驱体及纺丝溶液的方法。

本发明的技术方案如下：

一步溶剂法制备二氧化钛纤维前驱体的方法，包括步骤如下：

(1)按照摩尔比为四氯化钛:水:配体:沉淀分离剂＝1:(2.5～3.5):(1.8～3):(1.6～2.3)的比例，分别称取四氯化钛、水、配体、沉淀分离剂，在0～50℃、搅拌条件下加入到溶剂中，反应2～12h，得到二氧化钛纤维前驱体和盐酸盐的混合物，抽滤除去盐酸盐，得到二氧化钛纤维前驱体溶液；

所述的溶剂为甲醇、乙醇或/和异丙醇；

所述的配体为乙酰丙酮或者乙酰乙酸乙酯；

所述的沉淀分离剂为乙二胺、二乙醇胺或/和三乙醇胺；

(2)将步骤(1)所得二氧化钛纤维前驱体溶液在20～50℃减压蒸馏去除溶剂，即得二氧化钛纤维前驱体。

一步溶剂法制备二氧化钛纤维前驱体纺丝溶液的方法，包括步骤如下：

(i)按照摩尔比为四氯化钛:水:配体:沉淀分离剂＝1:(2.5～3.5):(1.8～3):(1.6～2.3)的比例，分别称取四氯化钛、水、配体、沉淀分离剂，在0～50℃、搅拌条件下加入到溶剂中，反应2～12h，得到二氧化钛纤维前驱体和盐酸盐的混合物，抽滤除去盐酸盐，得到二氧化钛纤维前驱体溶液；

所述的溶剂为甲醇、乙醇或/和异丙醇；

所述的配体为乙酰丙酮或者乙酰乙酸乙酯；

所述的沉淀分离剂为乙二胺、二乙醇胺或/和三乙醇胺；

(ii)将步骤(i)所得二氧化钛纤维前驱体溶液在20～50℃减压浓缩至粘度为10～50Pa.s；

或者，将步骤(i)所得二氧化钛纤维前驱体溶液在20～50℃减压蒸馏去除溶剂，得二氧化钛纤维前驱体粉末，按100:150～600g/ml的比例将二氧化钛纤维前驱体粉末加入到步骤(i)所述溶剂中，减压浓缩至粘度为10～50Pa.s；

即得二氧化钛纤维前驱体纺丝溶液。

一步溶剂法制备二氧化钛纤维的方法，包括步骤如下：