[發明專利]一種具有高循環穩定性的壓電光催化復合纖維的制備方法

有效

• 申請號: 202110377060.5
• 申請日: 2021-04-08
• 公開（公告）號: CN113046856B
• 公開（公告）日: 2022-11-15
• 發明（設計）人: 湯玉斐;賈超鋒;劉照偉;趙康;趙敬忠;雒毅華
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: D01F6/48
• 分類號: D01F6/48;D01F1/10
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 劉娜

本發明公開了一種具有高循環穩定性的壓電光催化復合纖維的制備方法，具體為：首先，將壓電聚合物、有機溶劑和有機鹽混合均勻，形成紡絲液，進行電紡絲及超聲處理，得到壓電聚合物纖維膜；之后將種子溶液滴加到壓電聚合物纖維膜表面，干燥，之后再向纖維膜表面滴加反應溶液，干燥，重復滴加5次，得到帶有光催化劑籽晶的壓電聚合物纖維，最后放入光催化劑前驅體和水熱溶液中，進行水熱反應，清洗，干燥，得到具有高循環穩定性的壓電聚合物復合纖維膜。采用本發明方法可以得到具有高壓電性能、高結合力的可重復使用的壓電光催化復合纖維，其在污水處理、空氣凈化、抗菌殺毒、光分解水制氫等領域有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明屬于復合纖維制備技術領域，具體涉及一種具有高循環穩定性的壓電光催化復合纖維的制備方法。

背景技術

隨著社會經濟的快速發展和人口的不斷增長，環境污染問題和能源短缺問題的解決就尤為迫切，為此人們對于穩定高效、無毒無害、環境友好的半導體光催化材料研究更加廣泛。但光催化劑在單獨使用時存在太陽光利用率低，光生電子與空穴易復合，易流失不利于重復再利用等問題。有研究表明，壓電材料可以增強載流子的分離，減少載流子復合，提高光催化劑的催化性能。其中壓電聚合物纖維具有壓電效應，可以將機械能轉變成電能，在其內部形成電場，同時還具有比表面積大、成本低、工藝簡單、易于摻雜改性等優點。靜電紡絲技術是制備一維納米纖維的有效方式之一，在制備聚合物纖維的紡絲液中加入易吸濕性鹽，可以將水分子保留在纖維內部，水分子中的氫原子與PVDF中的氟原子之間形成氫鍵有利于β相的形成提高聚合物壓電性能，再通過后處理可以得到具有特殊結構的聚合物纖維膜，可對光催化劑進行固定，從而實現光催化劑光催化效率和重復使用性能的提高。因此制備出具有自極化高循環穩定性的壓電光催化復合纖維是十分必要的。

Wu等人(Wen Wu,Xin Yin,et al.Water flow drived piezo-photocatalyticflexible films:Bi-piezoelectric integration of ZnO nanorods and PVDF[J].Applied Surface Science 517(2020)146119.)通過水熱法結合旋涂法制備了高極性面(100)的ZnO@PVDF光催化復合膜，雖然ZnO極性面的增加，提高了復合膜的壓電性能，光催化性能有所提高，但光催化劑存在嚴重的被包覆現象，因此光催化性能的提高是有限的。

中國專利《一種聚偏氟乙烯/二氧化鈦復合納米纖維膜的制備方法》(申請號：CN201110450301.0，申請公布號：CN102704190A，公布日：2012-10-03)公開了采用溶膠凝膠、靜電紡絲和溶劑熱法相結合的方法制備聚偏氟乙烯/二氧化鈦復合納米纖維，將二氧化鈦前驅體加入到紡絲溶液中，然后在纖維表面生長得到二氧化鈦顆粒，復合納米纖維具有了較大的比表面積和較高的光催化活性，然而光催化劑與基體僅僅是在表面結合，容易脫落流失。

中國專利《一種PVDF/六棱柱形ZnO納米線纖維膜及其制備方法和用途》(申請號：CN201811645417.8，申請公布號：CN109731613A，公布日：2019-05-10)公開了用靜電紡絲法和水熱處理制備了PVDF/六棱柱形ZnO納米線纖維膜，薄膜表面生長納米線使其比表面積提高，獲得了較高的光催化效率，然而納米線與基體纖維之間以表面結合方式結合容易脫落，不利于重復再利用。

中國專利《一種PVDF/TiO₂復合光催化膜的制備方法、用途及修復方法》(申請號：CN202010848946.9，申請公布號：CN111905811A，公布日：2020-11-10)公開了通過玻璃板將溶有PVDF和TiO₂粉體的DMF混合溶液成型，然后在去離子水中浸泡得到帶有孔隙的PVDF/TiO₂復合光催化膜，該膜中具有孔隙，能夠提高光催化劑的活性，能夠增大光催化劑TiO₂與降解物的接觸面積，提高降解的效率。然而該方法中大部分TiO₂粉體被包裹在基體中，限制了TiO₂本身的光催化效果，因此光催化效率無法大幅度提高。