[发明专利]一种具有同轴结构含零价铁纳米粒子的复合纳米纤维膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种同轴结构含零价铁纳米粒子的复合纳米纤维膜，它以聚丙烯腈为壳层材料和铁源为核层材料，依次采用同轴静电纺丝和高温退火还原技术制备得到。所得复合纳米纤维直径均匀、表面光滑；鞘层的聚丙烯腈经高温退火处理后转化为碳材料，不仅可以对芯层的零价Fe纳米粒子起到保护作用防止其被空气氧化，还可作为吸附材料，提高有机污染物和重金属离子在降解和还原前后的清除效果；使所得复合材料表现出优异的催化有机染料降解性能和稳定性能，促进其在有机污染物降解及有毒重金属离子还原等环境修复领域中的应用，并有利于实现降解时间的可控条件；且涉及的制备方法简单、合成成本低。

技术领域

本发明属于新材料技术领域，具体涉及一种具有同轴结构含零价铁纳米粒子的复合纳米纤维膜的制备方法。

背景技术

偶氮染料是纺织品印染工艺中应用最广泛的一类合成染料，用于多种天然和合成纤维的染色和印花以及油漆、塑料、橡胶等的着色，其在自然环境中不易分解，而且会转化为有毒和致癌物质，严重危害人类的健康与生命安全。

人们研究了各种方法以去除、降解水体中的偶氮染料污染，如电化学降解、生物降解、化学氧化等等。但这些方法各有利弊，难以大规模、低成本推广应用。其中，基于Fenton反应以及改进后的类Fenton反应被认为是具有大规模、低成本推广应用前景的方法之一。

1894年，科学家H.Fenton通过实验发现了Fe²⁺可以促进H₂O₂对酒石酸的氧化降解。由于Fe²⁺的催化作用，使H₂O₂的氧化能力显著提高。于是，人们称Fe²⁺与H₂O₂为Fenton试剂，其反应方程式如下：

Fe²⁺+H₂O₂→Fe³⁺+OH^-+·OH

反应生成的氢氧自由基降解污染物能力高于一般的氧化剂，且氧化速率快，降解范围广。Fenton反应设备简单，实验条件温和。然而，在有机污染物催化降解过程中，要求催化降解反应持续发生，因此必须实现Fenton反应可控进行。研究发现，零价铁纳米粒子作为类Fenton试剂具有非常高的催化活性，不仅能催化各种有机污染物的降解，而且还能通过其较高的还原能力，还原并降低有毒重金属离子污染。零价铁纳米粒子在有机污染物降解及有毒重金属离子还原等环境修复领域的应用已被公认为最具应用前景的技术。但是，零价铁容易被氧化，不利于储存与运输，同时也会降低催化效率；且在污水处理过程，零价铁的释放难以控制，从而导致催化反应的不可控。

发明内容

本发明的主要目的在于针对现有技术存在的不足，提供一种具有同轴结构含零价铁纳米粒子的复合纳米纤维膜，它具有优异有机染料降解和有毒重金属离子还原性能，且涉及的制备方法简单、操作简单、成本低廉，适合推广应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种具有同轴结构含零价铁纳米粒子的复合纳米纤维膜的制备方法，包括如下步骤：

1)将聚丙烯腈溶于有机溶剂中，搅拌均匀，得混合溶液I；将铁源溶于有机溶剂中，搅拌均匀，得混合溶液II；

2)将混合溶液I和混合溶液II静置脱泡，并分别置于注射器中，以混合溶液I为鞘层纺丝液，混合溶液II为芯层纺丝液，采用同轴静电纺丝仪进行静电纺丝制备纳米纤维复合膜；

3)将所得纳米纤维复合膜进行预氧化，并在还原气氛下进行煅烧得具有同轴结构含零价铁纳米粒子的复合纳米纤维膜。

上述方案中，所述有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、二甲基砜、三甘醇等中的一种或几种。

上述方案中，所述铁源为三乙酰丙酮铁、四氧化三铁、氯化铁等中的一种或几种。