[发明专利]电磁发光光催化四功能两层纳米纤维复合膜及其制备方法

摘要

本发明涉及电磁发光光催化四功能两层纳米纤维复合膜及其制备方法，属于纳米材料制备技术领域。本发明包括四个步骤：(1)沉淀法制备油酸包覆的Fe₃O₄纳米晶；(2)静电纺丝法结合高温焙烧制备Bi₂WO₆:Yb³⁺,Er³⁺纳米纤维；(3)配制纺丝液；(4)制备[PANI/Fe₃O₄/PAN]/[Bi₂WO₆:Yb³⁺,Er³⁺/PAN]电磁上转换发光光催化四功能两层纳米纤维复合膜，采用单轴静电纺丝技术制备。所制备的纳米纤维复合膜同时具有良好的电磁上转换发光光催化四功能。本发明的方法简单易行，可以批量生产，这种新型的纳米结构材料具有广阔的应用前景。

主权项

1.电磁发光光催化四功能两层纳米纤维复合膜的制备方法，其特征在于，采用单喷丝头静电纺丝技术，制备产物为[PANI/Fe₃O₄/PAN]/[Bi₂WO₆:Yb³⁺,Er³⁺/PAN]电磁上转换发光光催化四功能两层纳米纤维复合膜，由PANI/Fe₃O₄/PAN电磁双功能纳米纤维层和Bi₂WO₆:Yb³⁺,Er³⁺/PAN上转换发光光催化双功能纳米纤维层上下复合而成，其步骤为：(1)沉淀法制备油酸包覆的Fe₃O₄纳米晶将5.4060g FeCl₃·6H₂O，2.7800g FeSO₄·7H₂O，4.04g NH₄NO₃和1.9000g分子量为20000的聚乙二醇溶于100mL去离子水中，加热至50℃并通入氩气30min，然后缓慢滴加氨水至溶液的pH值为11，继续通氩气20min得到黑色悬浊液，将此悬浊液磁分离后，用无水乙醇和去离子水依次洗涤三次，将产物置于60℃的真空干燥箱中干燥12h，得到直径为8‑10nm的Fe₃O₄纳米晶；取2.0000g所制备的Fe₃O₄纳米晶分散在已通入30min氩气的100mL去离子水中并超声分散20min，然后将溶液在氩气保护下加热到80℃，并加入1mL油酸，然后继续反应40min，将所得到的沉淀进行磁分离，去除水层并将沉淀在60℃真空干燥箱中干燥6h，得到油酸包覆的Fe₃O₄纳米晶；(2)静电纺丝法结合高温焙烧制备Bi₂WO₆:Yb³⁺,Er³⁺纳米纤维称取0.0194g Yb₂O₃和0.0095g Er₂O₃溶解在适量的浓硝酸中并蒸发结晶，得到稀土硝酸盐混合物，加入5mL去离子水溶解后，加入0.6085g(NH₄)₁₀W₁₂O₄₁和1.0087g柠檬酸，于110℃搅拌蒸发形成凝胶，冷却到室温后加入2.3285g Bi(NO₃)₃·5H₂O和23.4960g N,N‑二甲基甲酰胺DMF，再加入2.9431g分子量为1300000的聚乙烯吡咯烷酮PVP，搅拌4h并静止4h后，形成均匀透明淡黄色的纺丝溶液，将纺丝溶液注入一支带有1mL塑料喷枪头的5mL注射器中，高压直流电源的正极与注射器内铜丝电极相连，负极与接收装置铁丝网相连，喷枪头与水平方向呈15°角，喷枪头与铁丝网的距离为15cm，纺丝电压为13kV，环境温度为20‑25℃，相对湿度为40％‑50％，进行静电纺丝后在铁丝网上收集到PVP/Bi(NO₃)₃/(NH₄)₁₀W₁₂O₄₁纳米纤维，将得到的PVP/Bi(NO₃)₃/(NH₄)₁₀W₁₂O₄₁纳米纤维放入坩埚中，再将坩埚放入程序升温炉内，以1℃/min的升温速率升温至300℃，保温半小时，再以2℃/min的升温速率升温至500℃，保温1h后，自然冷却降至室温后得到Bi₂WO₆:Yb³⁺,Er³⁺纳米纤维；(3)配制纺丝液称量0.36g所述的Bi₂WO₆:Yb³⁺,Er³⁺纳米纤维，加入6.0g DMF并超声20min，再加入0.6g分子量为86000的聚丙烯腈PAN，在70℃下搅拌2h，冷却后得到纺丝液I；将0.6g油酸包覆的Fe₃O₄纳米晶加入到4.0g DMF溶剂中并超声20min，再加入0.6g分子量为86000的聚丙烯腈PAN，于70℃下搅拌2h，冷却至室温后加入0.42g的苯胺ANI和0.5238g樟脑磺酸CSA，室温下磁力搅拌2h，将1.0291g过硫酸铵APS溶于2.0g DMF中，磁力搅拌2h，将这两份溶液在冰水浴中放置1h，之后将这两份溶液在冰水浴中混合，磁力搅拌3h后，将混合液放入5℃的冰箱中冷藏24h，得到纺丝液II；(4)制备[PANI/Fe₃O₄/PAN]/[Bi₂WO₆:Yb³⁺,Er³⁺/PAN]电磁上转换发光光催化四功能两层纳米纤维复合膜将纺丝液I注入一支带有1mL塑料喷枪头的10mL注射器中，高压直流电源的正极与注射器内铜丝电极相连，负极与接收装置铁丝网相连，采用竖喷方式，喷枪头与铁丝网的距离为15cm，纺丝电压为15kV，环境温度为20‑25℃，相对湿度为40％‑50％，进行静电纺丝得到Bi₂WO₆:Yb³⁺,Er³⁺/PAN上转换发光光催化双功能纳米纤维膜，待纺丝液I耗尽后，将纺丝液II注入到注射器中，继续进行静电纺丝，在Bi₂WO₆:Yb³⁺,Er³⁺/PAN上转换发光光催化双功能纳米纤维膜上得到[PANI/Fe₃O₄/PAN]电磁双功能纳米纤维膜，随着溶剂的挥发，最终得到[PANI/Fe₃O₄/PAN]/[Bi₂WO₆:Yb³⁺,Er³⁺/PAN]电磁上转换发光光催化四功能两层纳米纤维复合膜，PANI/Fe₃O₄/PAN电磁双功能纳米纤维层的平均厚度为112.35μm，Bi₂WO₆:Yb³⁺,Er³⁺/PAN上转换发光光催化双功能纳米纤维层的平均厚度为133.47μm；在980nm的二极管激光器激发下，[PANI/Fe₃O₄/PAN]/[Bi₂WO₆:Yb³⁺,Er³⁺/PAN]电磁上转换发光光催化四功能两层纳米纤维复合膜中发光一侧发射出主峰位于531nm和545nm的绿色发光带以及658nm的红色发光带；[PANI/Fe₃O₄/PAN]/[Bi₂WO₆:Yb³⁺,Er³⁺/PAN]电磁上转换发光光催化四功能两层纳米纤维复合膜中导电一侧的平均电导率为8.03×10^‑3S·cm^‑1；[PANI/Fe₃O₄/PAN]/[Bi₂WO₆:Yb³⁺,Er³⁺/PAN]电磁上转换发光光催化四功能两层纳米纤维复合膜的饱和磁化强度为14.48emu/g；在波长为365nm的紫外光照射300min后，[PANI/Fe₃O₄/PAN]/[Bi₂WO₆:Yb³⁺,Er³⁺/PAN]电磁上转换发光光催化四功能两层纳米纤维复合膜对罗丹明B的光催化降解率达到88.30％，所制备的两层纳米纤维复合膜具有良好的电磁上转换发光光催化四功能。