[发明专利]一种具有分子识别效应的复合碳纤维

说明书

本发明公开了一种具有分子识别效应的复合碳纤维，属于复合功能材料技术领域。本发明利用静电纺丝方法制备了具有分子印迹的TiO₂‑CeO₂复合碳纤维，该TiO₂‑CeO₂复合碳纤维能够选择性且高效地降解纺织产业用偶氮染料(如考马斯亮蓝、甲基橙、甲基红)、食品工业生产中产生的毒素(如黄曲霉素)、环境毒素(双酚A)等有害物质。本专利发明的复合碳纳米纤维具有制备简单，降解效率高、选择性强、高耐腐蚀性的优点，可以替代目前光降解催化剂的生产，并可以广泛应用于各行业中有毒、有害物质的光降解。

技术领域

本发明涉及一种具有分子识别效应的复合碳纤维，属于复合功能材料技术领域。

背景技术

光催化与光降解技术可以在特定的光源辐射下促使化学反应加速进行，使难以降解的有机物改变其有害性质。这种技术有效的解决了传统化学生物方法治理困难，交叉污染等弊端，此技术日益受到了人们的重视。1976年由Cary报道TiO₂在紫外光激发下可以实现光降解，在水体系下降解各种有机物，至今TiO₂的光催化降解性能备受瞩目。

TiO₂光生空穴的氧化电位以标准氢电位计为3.0V，比臭氧的2.07V和氯气的1.36V高许多，具有很强的氧化性。高活性的光生空穴具有很强的氧化能力，可以将吸附在半导体表面的OH-和H₂O进行氧化，生成具有强氧化性的·OH。从几种强氧化剂的氧化电位大小顺序：F₂>·OH>O₃>H₂O₂>HO₂·>MnO₄->HCLO>Cl₂>Cr₂O₇^2->·ClO₂，可以看出·OH具有很高的氧化电位，是一种强氧化基团，能氧化大多数的有机污染物及部分无机污染物。同时，空穴本身也可夺取吸附在半导体表面的有机污染物中的电子，使原本不吸收光的物质被直接氧化分解。在光催化反应体系中，这两种氧化方式可能单独起作用也可能同时作用，对于不同的物质两种氧化方式参与作用的程度视具体情况有所不同。另一方面，电子受体可直接接受光生半导体表面产生的高活性电子而被还原。环境中的某些特定污染物-有毒金属，如Hg²⁺、Ag¹⁺、Cr⁶⁺、Cu²⁺等也能接受光生半导体表面产生的高活性电子而被还原成无毒的金属分子。

TiO₂的光催化能力随着粒径的减小光催化能力逐渐的增强，纳米级二氧化钛具有表面效益和量子效应，达到最优的催化效果，但本身的粉末形态利用于污水处理方面受到了限制。现阶段，人们以多种形态的物质作为载体承载TiO₂，使TiO₂在废水处理后易于收集。在各种承载方式当中以纤维形态较优，纤维较于硅胶、高分子膜等形态具有较大的比表面积，更强的吸附性。可以实现吸附，降解逐步递进，并达到高吸附率，高降解率。碳本身就具有较强的吸附性，利用PAN制成的PAN基碳纤维成为了复合体系的最佳载体。

TiO₂的激发光集中在紫外波段(387.5nm为最佳激发峰)，在可见光下催化效率较低。以CeO₂作为TiO₂的掺杂材料，利用CeO₂特有的能级结构，作为电子传到的“桥梁”，填补TiO₂的禁带能级。这使TiO₂得激发波长红移，拓展到可见光波段，在自然环境下就可以利用日光实现光催化降解，有效的扩展了TiO₂在实际中的应用。同时以电的良导体碳纤维为骨架，加强了复合体系中电子传导的效率，在一定程度上降低了电子传导过程中能量的损耗，提升了TiO₂光催化降解效率。然而，目前尚无CeO₂在复合纤维方面的应用。

发明内容