[發明專利]一種摻雜氧化鑭的二氧化鈦一維納米材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201210564127.7
• 申請日: 2012-12-21
• 公開（公告）號: CN103014915A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 陳慶華;陳育明;錢慶榮;李小燕;劉欣萍;黃寶銓;肖荔人;許兢;鄭敏敏
• 申請（專利權）人: 福建師范大學
• 主分類號: D01F9/08
• 分類號: D01F9/08;D01F8/18;B01J23/10
• 代理公司: 福州君誠知識產權代理有限公司 35211
• 代理人: 林瑾

技術領域

本發明涉及一種納米材料制備領域，具體涉及制備具有光催化降解有機污染物方面專用的高催化活性、多孔、摻雜氧化鑭的二氧化鈦一維納米材料----納米纖維和納米管的材料及其制備方法。

背景技術

隨著社會的發展，人們生活質量要求越來越高。對衣服、皮鞋、包裝等需求日益增大。生產這些產品過程中需要使用大量的染料。由于分離、提存等技術的局限性，導致染料流失的問題嚴重。這些染料含有苯環、偶氮基團等，可使人致畸致癌，嚴重影響人類的生命健康和環境的和諧。因此對染料的治理刻不容返。目前，解決的方法有化學氧化法，生物分解法等，但是這些方法具有局限性，比如化學氧化法會促使二次污染物的產生。因此，全世界科研工作者都在尋找更有效的、更清潔的方法來分解這些染料。

最近，光催化技術引起了眾多科研工作者的興趣。光催化技術能夠將染料分解成無毒的產物，比如水，二氧化碳等。與其他的方法相比有著獨特的優點：穩定行好、價格低、反應的溫度低，且在催化降解過程中催化劑不會中毒。二氧化鈦因價格低廉，無毒，來源豐富而作為一種優良光催化劑被廣泛應用。然而，二氧化鈦因其產生的光生電子和空穴容易結合而限制了它的使用。因此，開發以二氧化鈦為基的新型高效光催化劑來滿足環境修復方面的問題具有極高挑戰性。為了解決這一難題，很多學者致力于研究新型二氧化鈦催化材料。

材料的納米化賦予了材料更高的性能。目前，一系列合成技術已經成功制備出各種納米材料。這些方法包括化學方法、煅燒技術、溶膠凝膠等等。相對這些方法，靜電紡絲工藝簡單、可連續制備、費用不高、而且高效等特點，被認為是制備納米纖維的最佳方法。其直徑10nm～10μm之間，具有高的比表面積，活性點多。簡單的說，在紡絲過程中，一個高的電壓用于接收與發射之間，當高壓電源啟動以后電場使得針頭上的液滴產生電荷，當加到一定電壓時，電場力開始克服溶液的表面張力，半球狀液滴變成錐形，這個被稱為“Taylor?cone”.當電壓繼續提高時，帶電的射流會克服溶液的表面張力從“Taylor?cone”射出，然后無序的到達接受裝置上形成纖維網。在此期間帶電的聚合物將會被拉伸變細，同時溶液中的溶劑（比如水，乙醇）將會蒸發進而形成纖維。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高催化活性、多孔、摻雜氧化鑭的二氧化鈦一維納米材料----納米纖維和納米管的材料及其制備方法，用此方法制備的多孔、摻雜氧化鑭的二氧化鈦一維納米材料可作為催化劑用于光催化分解有機污染物如甲基橙。

為實現本發明的目的采用技術方案如下：

（1）配制靜電紡絲液

????在攪拌的條件下將鑭鹽、鈦鹽與可紡高分子樹脂溶于極性溶劑中，攪拌均勻后配制成靜電紡絲液。其中以靜電紡絲液100重量份計，可紡高分子樹脂為6~50重量份，極性溶劑為50~92重量份，鑭鹽為0.001~4重量份，鈦鹽為1~30重量份。

本發明所述的極性溶劑是指水、乙酸、乙醇、二甲基甲酰胺、二甲基亞砜中的一種或兩種任意比例的組合。

所述的可紡高分子樹脂是指聚乙烯醇、聚乙烯基吡啶烷酮、聚丙烯腈、聚苯乙烯、聚環氧乙烷、聚甲基丙烯酸甲酯或聚乳酸。

所述的鈦鹽是指鈦酸四異丙酯、硫酸鈦或氯化鈦，優選鈦酸四異丙酯。

所述的鑭鹽是指氯化鑭、硝酸鑭、醋酸鑭或硫酸鑭，優選硝酸鑭。

（2）前軀體的制備

通過靜電紡絲設備，在電壓9～30?kV、收集距離為5～20?cm、環境溫度25～50℃、供料速度為?0.01～3?mL/h的條件下采用靜電紡絲法制備出含有高分子樹脂、鑭鹽和鈦鹽的前軀體。當靜電紡絲設備采用單軸噴嘴時，制備出的是復合納米纖維前軀體，當靜電紡絲設備采用同軸噴嘴時，制備出的是復合同軸納米纖維前軀體。

制備復合同軸前軀體時用的內軸材料為礦物油、植物油或動物脂肪。

（3）干燥：在真空度為0.04～0.01?MPa、溫度50～90℃下將前軀體干燥，干燥時間4～24h。

（4）煅燒：將干燥后的前軀體置于馬弗爐中煅燒形成具有高催化活性的、摻雜氧化鑭的二氧化鈦納米纖維或者納米管。

所述的前軀體煅燒，是將復合納米纖維或者同軸納米纖維前軀體置于馬弗爐中，升溫到450～800°C下進行2～8?h煅燒，形成具有高催化活性的、多孔、摻雜氧化鑭的二氧化鈦一維納米纖維或者納米管。

采用本發明的優點是：

（1）采用靜電紡絲技術制備具有高催化活性、多孔、摻雜氧化鑭的二氧化鈦一維納米材料催化劑，設備簡單，操作容易，可以大量制備；