[发明专利]一种用于净化空气的压电光催化薄膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种用于净化空气的压电光催化薄膜的制备方法，包括以下步骤：将压电聚合物加入到溶剂中，加热下搅拌均匀，然后均分为两份，其中一份作为芯层纺织液；另一份中加入光催化剂粉体，搅拌均匀，制得壳层纺织液；将壳层纺织液置于同轴共纺壳层中，将芯层纺织液置于芯层注射器中，启动静电纺丝装置，同轴共纺制备压电光催化薄膜。制备的压电光催化薄膜柔韧性高，透气性好，风阻小，工艺简单，在极大的暴露催化剂活性位点的同时，定向构建压电场，提升催化剂电子空穴对的分离率，实现对颗粒物和气态污染物的同步净化。在自然光和空气流动下，制备的压电光催化薄膜对空气中颗粒物过滤效率约85％，NO_x净化率高达62％。

技术领域

本发明属于空气净化领域，涉及一种用于净化空气的压电光催化薄膜的制备方法。

背景技术

光催化去除污染物的机理是通过光照激发催化剂，促使载流子分离成电子和空穴，在催化剂表面与氧气或者水反应生成超氧或羟基自由基，与污染物发生氧化还原反应，从而达到降解污染物的目的，然而，这种传统的光催化机制普遍存在电子和空穴复合率高，光催化效率低等问题。另外，光催化剂多为粉体材料，不易负载回收，难以规模应用。

针对光生电子和空穴复合率高的问题，目前主要的解决手段包括构建异质结、离子掺杂等，通常需要额外的高温、高压处理，工艺复杂，成本较高。

CN201810620100.2制备了一种带状TiO₂、片状BiOI和介孔碳组成的三元光催化异质结，大大提升了光催化效率，但是需要在氮气气氛下300-500℃下高温下合成0.5-1h。近年来，压电聚合物与光催化材料复合，通过外加应力(如水流、超声等方式)将压电聚合物极化，在压电材料与催化剂界面形成压电场，能够有效提高光生电子和空穴的分离效率，从而提高光催化效率。

CN 112371181 A制备的光催化PVDF-TiO₂-C3N4纤维垫是合成TiO₂@g-C3N4后，直接与PVDF共混形成纺丝液，在经过静电纺丝得到的纤维垫，可用于处理废水中的抗生素。CN113045845 A介绍了一种TiO₂纳米材料掺杂的双层聚偏氟乙烯复合介质，其通过溶液共混，淬火处理后分别镀上极化层和承压层，用于电池隔离膜。可见目前光催化剂/压电聚合物的大多应用于能源储存和电池隔膜领域，在环境污染物净化领域也多为水相污染物降解，且大多采用直接将压电聚合物和光催化剂共混合成的方式，极易导致光催化剂活性位点被覆盖，减少其与污染物接触面积，致使压电光催化效率也并未显著提升。

CN108411406A介绍了一种压电光催化纳米纤维的制备方式，使用同轴静电纺丝制备的压电光催化复合纤维，利用压电材料和光催化剂结合的界面的内电场，分离电子和空穴，但其用到的是压电陶瓷，后续还需要极化处理才能发挥压电效应，且其制备的纤维是80-150nm的粉体，产量低，耗能大，难以用到空气净化领域。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明的目的在于，提供一种用于净化空气的压电光催化薄膜的制备方法，通过合成以压电聚合物为基体，原位复合光催化剂后，通过同轴共纺纺成压电光催化薄膜，适用于通过自然力来过滤颗粒物，降解气体污染物。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种用于净化空气的压电光催化薄膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)将压电聚合物加入到溶剂中，加热下搅拌均匀，然后均分为两份，其中一份作为芯层纺织液；另一份中加入光催化剂粉体，搅拌均匀，制得壳层纺织液；

(2)将壳层纺织液置于同轴共纺壳层中，将芯层纺织液置于芯层注射器中，启动静电纺丝装置，同轴共纺制备压电光催化薄膜。

进一步的，压电聚合物为聚偏氟乙烯、聚丙烯腈与聚偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物中的一种。

进一步的，压电聚合物在溶剂中的质量分数为14％-20％。