[发明专利]一种具有强吸附作用的光催化复合纤维的制备方法

说明书

本发明公开了一种具有强吸附作用的光催化复合纤维的制备方法，首先预埋荷电材料水热反应使得碳球充分吸附容纳足够的荷电材料，然后经过浸渍处理外包光催化剂前驱体进而得到所需的内部荷电材料外包光催化剂的纳米颗粒，将其分散于纺丝液后，电纺得到与纳米颗粒结合完全的复合纤维，通过气氛分步煅烧处理中快速空气煅烧使得复合纤维中碳球基本分解，纤维表面出现孔洞结构，并且有机物初步分解，荷电材料与光催化材料初步结合并出现少量氧空位，最后通过混合气氛煅烧使得纤维中出现氧空位，荷电材料与光催化材料牢固结合，最终得到具有强吸附作用的光催化复合纤维，本发明解决了现有光催化复合物回收困难，比表面积低，吸附效果较差等问题。

技术领域

本发明属于复合纤维制备技术领域，具体涉及一种具有强吸附作用的光催化复合纤维的制备方法。

背景技术

光催化材料如二氧化钛、氧化锌、氧化锡、硫化镉等，广泛应用于污水处理、空气净化、抗菌杀毒、光分解水制氢、新能源开发、生物医疗、食品科学等领域。光催化纳米纤维具有无毒、化学稳定性好、比表面积大、氧化能力强、催化活性高以及容易回收的优点，在光催化领域发挥着越来越重要的作用。但是这些光催化剂在使用过程也存在许多问题，如对可见光的利用效率低、电子和空穴复合率高等。

目前最常用的方法是对纳米纤维进行掺杂改性。无机荷正电是一种具有荷电特性的材料，可用于吸附分离广泛存在于各种水源中的带负电的胶体微粒细菌内毒素等，采用其制备的纤维膜亲水性将得到加强，透水量增加，并且抗污染能力增强。采用无机荷正电材料改性处理光催化纳米纤维，不但充分利用荷正电材料的强吸附性能，即能有效吸附细菌病毒提高吸附效率等，而且由于是两种不同禁带宽度的半导体结合，可以有效提高光催化过程中的电荷分离效率，抑制电子-空穴复合从而提高光催化效率。

例如Ayca Kambu:等人(Ayca Kambur,Gulin Selda Pozan,Ismail Boz,AppliedCatalysis B:Environmental,115-116(2012)149-158)采用两步法分别制备出氧化锆和二氧化钛粉体，然后以二者为原料固相法混合得到两者复合物的方法。用这种方法制备的产物仅为机械结合，未形成半导体结合，并且产物形态为无规则颗粒，在污水处理过程中难以回收。

中国专利《一种氧化钇/二氧化钛纳米复合材料及其制备方法》(申请号：200610024966.4，授权公告号：CN 101041129 B，授权公告日：2012.05.30)公开了一种氧化钇/二氧化钛纳米复合材料的制备方法。他们采用溶胶-凝胶法和简单焙烧结合，技术相对简单，操作容易，对设备要求低，与纯的TiO₂相比，表现出更高的催化能力。这种方法产物依然为颗粒，难以回收再利用，并且二者没有明显的半导体界面，不能有效提高电荷分离效率等。

中国专利《一种氧化锆二氧化钛复合纳米管光催化薄膜材料及其制备方法》(申请号：201310470259.8，公开号：CN 103506101 A，公开日：2014.01.15)公开了一种氧化锆二氧化钛复合纳米管光催化薄膜材料及其制备方法。他们采用通孔阳极氧化铝薄膜为模板，并利用四氟化钛和硝酸锆液相沉积技术在阳极氧化铝模板孔道中层层组装形成包含有阳极氧化铝模板的氧化锆二氧化钛复合纳米管光催化薄膜。其设备简单，操作容易，可以大量制备，但依然存在比表面积低的问题。

中国专利《一种二氧化钛-氧化锆复合纤维的制备方法》(申请号：201310076806.4，授权公告号：CN 103127923 B，授权公告日：2015.03.04)公开了一种二氧化钛-氧化锆复合纤维的制备方法。他们将首先配制混合纺丝液；然后离心甩丝后得到二氧化钛-氧化锆复合前驱体凝胶纤维，经高温热处理得到高质量的二氧化钛-氧化锆复合纤维。这种方法虽然得到了复合纤维膜，后续加工性好，但相对于纳米纤维而言，比表面积较低，吸附效果较弱，并且二者没有明显的半导体界面，不能有效提高电荷分离效率等。

发明内容