[发明专利]一种负载光催化剂的微纳复合纤维材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种负载光催化剂的微纳复合纤维材料及其制备方法。采用湿法纺丝工艺制得聚丙烯腈微米纤维，再在聚丙烯腈微米纤维表面通过原位聚合生长一层导电高分子聚合物聚苯胺，通过静电纺丝工艺在其表面覆盖一层含有光催化剂前驱体的聚丙烯腈纳米纤维，形成具有可见光响应的光催化能力的微纳复合纤维材料。本发明提供的负载光催化剂的微纳复合纤维材料具有比表面积大、对污染物吸附性强，在可见光下可以降解污染物等优点。同时，本发明提供的光催化剂复合纤维解决了粉末光催化剂难于回收和柔性光催化剂载体强度差、不可编织等问题，扩宽了材料的应用领域。

技术领域

本发明涉及一种功能性复合材料，特别涉及一种负载光催化剂的微纳复合纤维材料及其制备方法，属于复合材料光催化技术领域。

背景技术

随着经济日新月异的发展和人口的不断增长，全球环境污染以及能量供给需求增加的问题也日益突出。据统计，工厂每年向全球水域排放大约300～400亿吨的污染物，包括含重金属超标的污水、有毒溶剂和其他废物，造成了严重的环境污染，可持续发展己成为现代社会必须选择的道路。一方面，太阳能作为一种可再生能源，具有资源丰富、清洁、廉价的特点，其既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染，是实现人类社会可持续发展的基础。另一方面，一种新型的、绿色的光催化技术涉及半导体物理、催化化学、纳米技术等诸多领域，在能源、环境、健康等人类面临的重大问题方面均有应用前景。这种新兴的技术可直接利用太阳光作为光源来敏化催化剂并驱动氧化还原反应，从而达到污水处理、空气净化和保洁除菌的目的。

粉末状光催化剂存在难回收及易于造成二次污染等问题，为了克服上述缺点，将半导体光催化剂负载到可回收利用的载体上是一种新兴的方法。常用的光催化剂载体有氧化铝、硅胶、浮石和硅藻土，但是这些载体都是刚性材料，不能适应需要形状变化的应用环境。所以具有柔性的纤维载体引起了关注，比如，中国发明专利CN1943849A公开的玻璃纤维、CN105536878A公开的纤维素纤维、CN105251540A公开的矿渣棉纤维。上述载体存在比表面积小，对污染物吸附能力差等不足。

发明内容

本发明针对现有光催化剂柔性纤维载体存在的不足，提供一种载体的比表面积大、对污染物吸附性能强的负载光催化剂的微纳复合纤维材料及其制备方法。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是提供一种负载光催化剂的微纳复合纤维材料的制备方法，包括如下步骤：

（1）配制质量分数为10～20%纺丝原液，脱泡处理后，采用湿法纺丝工艺进行纺丝，再经热拉伸处理，制备得到直径为50～100μm的微米纤维；

（2）在微米纤维表面原位聚合导电高分子聚合物，得到导电纤维；

（3）在静电纺丝溶液中加入光催化剂或光催化剂前驱体，制备静电纺丝液，以步骤（2）制得的导电纤维为接收器，在流速为0.5～1.2 mL/h，电压为8～15 kv，接收距离为10～25 cm的条件下，采用静电纺丝工艺，在导电纤维表面覆盖一层厚度为5～10 μm的负载光催化剂的纳米纤维，得到一种负载光催化剂的微纳复合纤维材料。

本发明的一个优选方案是：湿法纺丝原液包括聚丙烯腈/N,N-二甲基甲酰胺溶液、聚酰亚胺/二甲基亚砜溶液、聚乙烯醇/水溶液；湿法纺丝工艺采用的凝固浴为N,N-二甲基甲酰胺和水的混合液、甲醇和水的混合液、甲醇中的一种。

本发明所述的导电高分子聚合物包括聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚乙炔；步骤（2）中导电纤维的制备工艺为：按摩尔比（2～6）:4将过硫酸铵与苯胺混合，再加入质量浓度为2～5%的聚乙烯吡咯烷酮，浓度为0.5～2 mol/L的盐酸，制备反应液，将微米纤维置于反应液中，在温度为0～10℃的条件下，反应1～3 h。

本发明所述的静电纺丝溶液包括聚丙烯腈/N,N-二甲基甲酰胺溶液、聚乙烯醇/水溶液、聚乙烯吡咯烷酮/N,N-二甲基甲酰胺溶液中的一种。