[发明专利]一种钛酸盐纳米锥/聚丙烯腈纳米纤维复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种钛酸盐纳米锥/聚丙烯腈纳米纤维复合材料及其制备方法。以聚丙烯腈纳米纤维为载体，先在其表面沉积无定型TiO₂作为种子层，然后在含有前驱体及形貌控制剂的溶液中沉积钛酸盐纳米锥。钛酸盐纳米锥的沉积增大了纤维复合材料的比表面积，其对污染物的吸附能力增强，且钛酸盐纳米锥的一维结构能提高光生载流体的传输能力，促进光生电子和空穴的分离，有利于光催化降解能力的增强。本发明提供的纤维复合材料制备过程简单，反应条件温和，耗能低，环境友好，应用广泛。

技术领域

本发明涉及一种光催化复合材料及其制备方法，特别涉及一种钛酸盐纳米锥/聚丙烯腈纳米纤维复合材料及其制备方法，属于光催化材料技术领域。

背景技术

目前，环境污染问题已经成为影响人类生存和发展的重要问题。太阳能具有廉价、清洁、可再生等优点，半导体光催化材料的制备与应用能够充分开发利用太阳能来帮助解决环境污染难题，被认为是解决环境污染问题的最有应用前景的技术之一。

质子钛酸盐作为一种功能材料在各领域的应用中具有巨大潜力，同时合成具有与质子钛酸盐相同形态的TiO₂也有广泛的应用前景。钛酸盐是一种新型的纳米材料，具有较高的光催化效应和特殊的可见光区吸收，在光催化材料方面有着广泛的应用前景。钛酸盐是目前发现的光催化效果较好的层状半导体，主要是由于较大的比表面积和独特的一维结构，有利于分离光生电子和空穴。

一维钛酸纳米材料的制备方法主要包括：碱热法（参见文献：Liu, Y.; Shu, W.;Chen, K.; Peng, Z.; Chen, W., Acs Catalysis 2012, 2 (12), 2557-2565.）、微波法（参见文献：Wang, Y. A., Yang, J., Zhang, J., Liu, H., Zhang, Z. (2005).Chemistry letters, 34(8), 1168-1169.）和熔融法（参见文献：Watts, J. A. (1970).Journal of Solid State Chemistry, 1(3-4), 319-325.）。强碱水热法是目前比较常用的制备各种一维钛酸盐纳米材料的方法。以TiO₂为原料，在水热条件下使用浓碱制得一维钛酸盐，通过离子交换从所得的碱金属层状钛酸盐中获得质子钛酸盐（参见文献：Zhong,L., Liu, Y. L., Shu, W., Song, Y. B., Chen, W. (2009). In AdvancedMaterials Research (Vol. 79, pp. 433-436). Trans Tech Publications.）。采用强碱水热工艺制备钛酸(盐)材料的特点是晶粒粒度分布均匀，颗粒之间团聚少，具有较高的比表面积。但采用浓碱法在高温高压条件下制备，反应条件不够温和，耗能较高（参见文献：Liu, Y., Zhong, L., Peng, Z., Cai, Y., Song, Y., Chen, W. (2011).CrystEngComm, 13(17), 5467-5473.），对有机高分子载体不友好，限制了粉末状光催化剂的应用。此外，强碱水热法需要额外处理酸溶液，对环境及生产成本都是比较大的负担。

粉末状光催化剂存在难回收及易于造成二次污染等问题，而纳米纤维级半导体材料因具备比表面积大、反应活性点多、制备简单、体密度小、不易团聚等优势而得到重视，近年来得到了广泛的应用。而负载有光催化剂的纳米纤维膜不仅在降解污染物方面有潜力，还具有一定的自清洁效果，可以降解吸附在复合材料表面的污染物。迄今，还未见在聚丙烯腈纳米纤维表面负载一维钛酸盐的报道。

发明内容

本发明针对制备钛酸盐现有技术存在的不足，提供一种直接合成质子化钛酸盐，制备工艺简单、温和，对环境更友好的在聚丙烯腈纳米纤维表面负载钛酸盐纳米锥的复合材料及其制备方法。

实现本发明目的的技术方案是提供一种钛酸盐纳米锥/聚丙烯腈纳米纤维复合材料的制备方法，包括以下步骤：