[發明專利]一種聚偏氟乙烯/二氧化鈦復合納米纖維膜的制備方法

有效

• 申請號: 201110450301.0
• 申請日: 2011-12-29
• 公開（公告）號: CN102704190A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 張溪文;陳薌昱
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: D04H1/4382
• 分類號: D04H1/4382;D04H1/728;D06M23/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 杜軍

技術領域

本發明屬于無機薄膜材料技術領域，涉及一種聚偏氟乙烯/二氧化鈦復合納米纖維的制備。

背景技術

復合材料作為一種新型材料不僅能夠提高材料的各方面性能，還能賦予聚合物復合材料新的功能，使新材料具有更廣闊的應用空間。

聚偏氟乙烯(PVDF)是偏氟乙烯均聚物或者偏氟乙烯與其他少量含氟乙烯基單體的共聚物。除了具有良好的的耐化學腐蝕性、耐高溫性、耐候性(長期使用溫度-70℃-150℃，長期紫外光200nm-400nm照射下基本不改變其性能)、耐射線輻射性能外，還具有壓電性、介電性、熱電性等特殊性能，是目前含氟塑料中產量為第二大產品，全球年產量超過4.3萬噸。其主要應用集中在石油化工、電子電器和氟碳涂料三大領域。

二氧化鈦是迄今為止最有應用潛力的無機質光催化劑，納米二氧化鈦因其具有特殊的表面效應、小尺寸效應和久保效應等，可以有效應用于液相中有機污染物的處理、降解大氣中的有機污染物、除菌、降解水面石油污染物、去除空氣中氮氧化物和除臭等。近年來由于二氧化鈦的無毒性質和廉價也在二氧化碳光催化還原上受到熱烈的歡迎。目前，主要制備方法有化學沉淀法、溶膠一凝膠法、微乳液、氣相反應法等。如高基偉等利用sol-gel工藝，采用鈦酸丁酯-無水乙醇-鹽酸體系材料，制備出具有良好光催化性能得氧化鈦晶體溶膠；F.-D.Duminica等利用AP-MOCVD法，在溫度小于420℃，在不銹鋼和硅(110)基板上沉積上具有光催化性能和親水性的TiO₂薄膜(F.-D.Duminica，F.Maury?and?R.Hausbrand.Growth?of?TiO₂thin?films?by?AP-MOCVD?on?stainless?steel?substrates?for?photocatalytic?applications.Surface?and?Coatings?Technology.Surf.Coat.Technol.(2007)，doi：10.1016/j.surfcoat.2007.04.011)。

二氧化碳還原一般在二氧化鈦半導體上由于寬禁帶性質導致其轉換效率是非常低，常規的解決方法是在半導體上進行各種金屬或非金屬物質摻雜或沉積以改變二氧化鈦原始的寬禁帶性質。通過減小禁帶寬度或設一個電荷傳輸中心有利于分離光聲載流子所產生的電子空穴對來增強二氧化鈦在二氧化碳還原的性能。由于納米二氧化鈦顆粒易團聚，不少文獻報道利用導電玻璃如FTO或鈦板作為二氧化鈦納米結構生長的基板[5，9]。這些基板材料具有較低的柔軟性和較大的重量，因此局限了實際應用也增加了運輸成本。

PVDF納米纖維膜不僅具有較大的比表面積也有非常好的柔軟性，輕而且能大規模的生產。雖然PVDF擁有很低的熱電系數(0.24X10^-8P_TCoul/cm²℃)但其介電常數只有13因此輸出功率相對的大。在陽光在照射下熱能導致PVDF材料晶相位移形成電荷，正負離子個別分離形成了一個自建電場，然后結合半導體的復合(二氧化鈦)使電子-空穴對分離。自建電場分離了電子-空穴對有助于降低電子-空穴對的復合幾率，增長了電子的壽命。這些被激活的電子在每根PVDF纖維表面上再進行還原二氧化碳分子成燃氣如甲烷。

發明內容

本發明的目的是提供具有高光催化活性的聚偏氟乙烯/二氧化鈦(PVDF/TiO₂)復合納米纖維的制備方法。

一種聚偏氟乙烯/二氧化鈦復合納米纖維膜的制備方法，包括以下步驟：

1)將2～2.8g聚偏氟乙烯溶于總體積為20ml的N-N二甲基甲酰胺和丙酮的混合溶液中，再加入5g鈦酸丁酯進行磁力攪拌，其中鈦酸丁酯與N-N二甲基甲酰胺質量比為7∶3，攪拌24小時成均一前驅體溶液。

所述的N-N二甲基甲酰胺與丙酮體積比為7∶3。

2)利用靜電紡絲裝置，將前驅體溶液制成聚偏氟乙烯/鈦酸丁酯復合納米纖維膜。

3)干燥后將聚偏氟乙烯/鈦酸丁酯復合納米纖維膜從鋁箔紙撕下再進行溶劑熱處理，使二氧化鈦生長，形成聚偏氟乙烯/二氧化鈦復合納米纖維膜。

所述的靜電紡絲裝置的電源電壓為18～20kV，噴絲頭與接收基板的距離為10～15cm，供料速度為0.5～0.7ml/h。

本發明制備過程中，通過改變鈦酸丁酯的質量百分數，可以改變PVDF/TiO₂復合納米纖維膜的光催化性能。

本發明的有益效果在于：