[发明专利]一种柔性氧化铜/陶瓷氧化物纳米纤维膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种柔性氧化铜/陶瓷氧化物纳米纤维膜及其制备方法，该制备方法为：将金属源、溶剂、离子掺杂剂、聚合物助纺剂混合制备前驱体纺丝液，然后利用静电纺丝技术和煅烧处理，制备成柔性陶瓷氧化物纳米纤维膜；将所得的陶瓷氧化物纳米纤维膜进行离子吸附锚固处理，将膜分别浸没在铜盐和硫化盐溶液中，得到柔性CuS/陶瓷氧化物纳米纤维膜，最后将所得的CuS/陶瓷氧化物纳米纤维膜在氧气气氛下进行高温氧化处理，得到柔性氧化铜/陶瓷氧化物纳米纤维膜。本发明所采用的离子吸附锚固和高温氧化处理法，可快速、简便地将CuO纳米颗粒锚固到柔性陶瓷氧化物纤维表面，有效解决了当前CuO纳米颗粒不易复合的难题，且该方法成本低廉、易于产业化放大。

技术领域

本发明属于化学材料技术领域，具体涉及一种柔性氧化铜/陶瓷氧化物纳米纤维膜及其制备方法。

背景技术

氧化铜(CuO)作为一种优良的高级催化氧化催化剂，可以通过活化过硫酸盐、过硫酸氢盐等产生强氧化性的活性氧自由基，使其用于难处理的有机污染物或有毒物质的降解。当前开发的CuO纳米材料普遍为粉末状，在水中通常以分散态存在，致使其在使用过程中存在难回收、易二次污染的问题，极大地限制了其实际应用。静电纺丝法作为一种新型的无机纳米纤维材料制备方法，具有加工工艺简单、纺丝成本低廉、技术可拓展性强、可纺种类繁多等优点，引起了人们的普遍关注。目前利用静电纺丝技术已制备出多种CuO基纳米纤维，例如中空CuO纳米纤维、CuO/SnO₂纳米纤维、p-CuO/n-ZnO核壳纳米纤维等。然而，当前制备的CuO基纳米纤维普遍存在脆性大、易断裂的问题，使其循环使用稳定性差、使用性能不稳定。

为了解决上述问题，Akyildiz等在Materials Science in SemiconductorProcessing 2020,109,104919中报道了以静电纺氧化钛(TiO₂)纳米纤维为基材，利用水热法在TiO₂纤维表面负载CuO纳米颗粒；由于所制备的TiO₂纳米纤维连续性差、脆性大，致使水热反应后得到的复合纤维材料力学性能较差。Kim等Current Research in Biotechnology2019,1,1–10中将CuO纳米颗粒直接加入到聚丙烯腈(PAN)溶液中，利用静电纺丝技术将其纺制成纤维；这种方法虽然在一定程度上解决了CuO基纳米纤维材料力学性能弱的难题，然而有机纤维基体的耐化学腐蚀性较差、耐热稳定性差，难以满足恶劣水环境中的使用需求；此外，通过文章中的SEM照片中可以看出，大量的CuO纳米颗粒被包埋在纤维基体内部，难以有效发挥材料的催化活性。

发明内容

针对当前CuO基纳米纤维普遍存在的脆性大、易断裂、结构稳定性差、催化剂利用率低、加工工序繁琐等不足，本发明提供了一种柔性氧化铜/陶瓷氧化物纳米纤维膜及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种柔性氧化铜/陶瓷氧化物纳米纤维膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：柔性陶瓷氧化物纳米纤维膜的制备

将金属源、溶剂、离子掺杂剂、聚合物助纺剂混合，搅拌均匀后得到前驱体纺丝液，利用静电纺丝技术将该纺丝液纺制成前驱体纳米纤维膜，然后在空气气氛下对前驱体纤维膜进行煅烧处理，得到陶瓷氧化物纳米纤维膜；

所述金属源选自乙酸锆、八水合氧氯化锆、钛酸四丁酯、钛酸异丙酯、异丙醇铝、硝酸铝、氯化铝、氯化钴、氯化镁、氯化镍、氯化锡或乙酸镁中的一种；

所述溶剂选自水、乙醇、异丙醇、丙酮或N,N-二甲基甲酰胺中的一种或几种；

所述离子掺杂剂选自氯化钇、氯化铋、氯化铬、氯化铁、氯化锌、硝酸镧、硝酸铈或正硅酸乙酯中的一种或几种；

所述聚合物助纺剂选自聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇缩丁醛、聚氧化乙烯或聚丙烯腈中的一种；