光电光热转换与传递的可见光催化光纤及制作方法技术

本发明专利技术公开了光电光热转换与传递的可见光催化光纤及制作方法；一种光电光热转换与传递的可见光催化光纤，包括光纤纤芯和包裹光纤纤芯的光纤包层；其特征在于：该可见光催化光纤的中段设置为双锥形光纤，该双锥形光纤两端的直径大于双锥形光纤中部的直径；在双锥形光纤的外表面设置有Nd2O3透明介质薄膜；Nd2O3透明介质薄膜的外表面设置有Ag–SiO2复合介质薄膜；Ag–SiO2复合介质薄膜的外表面设置有SiO2膜，SiO2膜的外表面设置有SiO2/N掺杂TiO2膜；本发明专利技术具有优良的发光发热特性，光纤既可以实现光电、光热转换与传递，又可以实现可见光催化，从而增强光能利用效率与光催化降解有机污染物效率；本发明专利技术可广泛应用在化工、环保等领域。

Optical optical and photothermal conversion and transmission of visible optical fiber and fabrication method

The invention discloses a photoelectric and photothermal conversion and transmission of visible light catalytic fiber and a preparation method thereof; a visible light catalytic fiber photoelectric and photothermal conversion and transmission, including fiber cladding and fiber core wrapped fiber core; which is characterized in that the middle section of the visible light catalytic fiber is set to double the double tapered fiber. Both ends of the tapered fiber diameter greater than the diameter of the middle part of the tapered fiber; the outer surface of the tapered fiber is arranged on the outer surface of the Nd2O3 transparent dielectric thin film; Nd2O3 transparent dielectric films is provided with a Ag - SiO2 composite thin film; the outer surface of Ag - SiO2 composite dielectric film provided with SiO2 film, SiO2 film is arranged on the outer surface SiO2/N doped TiO2 films; the invention has the characteristics of excellent light and heat, fiber can realize and transfer of photoelectric and photothermal conversion, and can realize the visible light photocatalytic, thereby enhancing the light It can use efficiency and photocatalysis to degrade the efficiency of organic pollutants; the invention can be widely used in the fields of chemical industry, environmental protection and so on.

【技术实现步骤摘要】
光电光热转换与传递的可见光催化光纤及制作方法
本专利技术涉及光催化光纤及制作方法，具体涉及光电光热转换与传递的可见光催化光纤及制作方法。
技术介绍
为了有效调控及强化光催化反应器内光电转换与传递，从而提高光催化降解有机污染物的效率，TiO2负载光纤技术得到迅速发展，研究者们报道了一系列能用于强化光电转换与光催化的TiO2负载光纤载体。虽然TiO2负载光纤在光催化降解废水上取得了很好的强化效果，但是现有TiO2负载光纤载体主要是利用光纤作为光传输介质为TiO2光催化剂提供紫外激发光源；同时，并未开展关于TiO2负载光纤的光电-光热调控及强化方面的研究工作。此外，目前关于光反应器内温度调控及强化主要是应用循环水浴控制温度的设计方式，加热面积大、能耗大、控制不精确、操作不方便；同时热能不能直接传递给光催化剂，能量利用效率低，这些缺点限制了光纤光催化技术的工业化应用。因此，专利技术一种能实现光电、光热转换与传递的可见光催化光纤十分必要。
技术实现思路
针对上述已有技术存在的缺陷，本专利技术所要解决的技术问题在于提供光电光热转换与传递的可见光催化光纤及制作方法。为了解决上述技术问题，根据本专利技术的第一个技术方案，一种光电光热转换与传递的可见光催化光纤，包括光纤纤芯和包裹光纤纤芯的光纤包层；其特征在于：该可见光催化光纤的中段设置为双锥形光纤，该双锥形光纤两端的直径大于双锥形光纤中部的直径；在双锥形光纤的外表面设置有Nd2O3透明介质薄膜；Nd2O3透明介质薄膜的外表面设置有Ag–SiO2复合介质薄膜；Ag–SiO2复合介质薄膜的外表面设置有SiO2膜，SiO2膜的外表面设置有SiO2/N掺杂TiO2膜。光纤纤芯及包层起光传输作用。该可见光催化光纤中段的双锥形光纤用于增强光纤表面发光强度及光透射深度。Nd2O3透明介质薄膜为可见光透明薄膜，用于增强Ag–SiO2复合介质薄膜在光纤表面的附着强度，同时将光纤中传输的光束耦合进入Nd2O3透明介质薄膜。Ag–SiO2复合介质薄膜用于吸收480–640nm的光束，产生热辐射和光辐射；其中，Ag粒子主要是用于产生表面等离子激元共振吸收，而产生热辐射；SiO2纳米粒子主要是用于调节涂覆层Ag–SiO2膜的产热效率及升温速率。SiO2膜主要用于抑制半导体光催化过程电子-空穴对的复合，提高光催化剂的活性，同时用于光热传输。SiO2/N掺杂TiO2膜为具有可见光响应的光催化薄膜；该薄膜中N掺杂TiO2可将TiO2膜的光谱吸收范围从400nm红移至550nm，从而实现可见光响应，提高光催化降解有机污染物的效率，并将光纤内部传输的波长大于640nm的光束在SiO2/N掺杂TiO2膜表面进行光辐射在N掺杂TiO2膜中加入SiO2主要是提高复合体系催化剂的光催化活性，其原因在于SiO2是一种带隙为8～9ev的绝缘体，其禁带宽度大，可以在TiO2周围构成一些势垒，光生电子跃过该势垒与空穴接触的几率减小，在单位TiO2晶格中传输的电子要比未掺杂前多，从而改变TiO2催化层中电子的分布，抑制载流子在传导过程中的复合几率，提高电子传输效率；同时SiO2具有良好的物理吸附特性，将N掺杂TiO2与SiO2绝缘体氧化物复合，有利于增大复合体的比表面积；此外，SiO2还有助于改善光纤表面光催化活性的均匀性以及光辐射的均匀性；这些优点将有助于提高N掺杂TiO2光催化剂的负载量、催化活性即催化降解有机污染物的效率。由此可见，该新型光纤载体可实现光分频利用，即将480～640nm的光谱用于光热转换，小于550nm的光谱实现光电转换用于可见光催化，大于640nm的光谱用于光辐射；本专利技术既可以实现光电、光热转换与传递，又可以实现可见光催化，从而增强光能利用效率与光催化降解有机污染物效率。根据本专利技术的第二个技术方案，一种光电光热转换与传递的可见光催化光纤的制作方法，其特征在于：包括如下步骤：A、选取石英光纤为基材，并将石英光纤中段的光纤保护层去除，并用酒精插洗干净；再将石英光纤中段拉制成双锥形光纤，该双锥形光纤两端的直径大于双锥形光纤中部的直径；B、Nd2O3透明介质薄膜的制作B1、在真空环境下,通过蒸发沉积方法在双锥形光纤表面上沉积稀土Nd薄膜；B2、对沉积的稀土Nd薄膜进行加热氧化，稀土Nd薄膜完全氧化后成为Nd2O3透明介质薄膜；C、Ag–SiO2复合介质薄膜的制作步骤如下：C1、无氰镀银液的制备：将溴化银、硫代硫酸铵、醋酸铵、无水亚硫酸钠、硫代氨基脲、阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂以及苯亚磺酸钠在超声波搅拌下溶于去离子水中，并采用氨水或者醋酸将混合溶液的pH值调节至5～6，取其上清液，该上清液即为无氰镀银液；C2、纳米SiO2分散液的制备：将去离子水加入到纳米SiO2粒子中，再加入阳离子表面活性剂进行搅拌，得到纳米SiO2分散液；C3、含Ag离子和纳米SiO2粒子混合镀液的制备：将制备好的纳米SiO2分散液加入到无氰镀银液中，然后向已加入纳米SiO2分散液的无氰镀银液中加入阳离子表面活性剂和非离子表面活性剂；再将混合溶液的pH值调整至5–6，并在超声波条件下继续超声分散，得到含Ag离子和纳米SiO2粒子的Ag-SiO2混合镀液；C4、Ag-SiO2复合介质薄膜的制备方法：采用电沉积方法，将步骤C3得到的Ag-SiO2混合镀液，沉积在双锥形光纤Nd2O3透明介质薄膜的表面；D、SiO2膜的制作步骤如下：D1、将表面活性剂、聚乙二醇和纳米SiO2粒子加入到蒸馏水中，搅拌后得到稳定的SiO2分散液；D2、采用镀膜提拉方法，将步骤D1得到的SiO2分散液沉积在双锥形光纤Ag-SiO2膜表面；E、SiO2/N掺杂TiO2膜的制作步骤如下：E1、将氨水滴加到钛酸异丙酯中，搅拌后将生成的沉淀用蒸馏水清洗干净，再将沉淀中的蒸馏水蒸发；E2、将步骤E1中获得的沉淀在干燥箱中加热至380℃以上，然后煅烧，退火后得到N掺杂TiO2可见光光催化材料；E3、SiO2/N掺杂TiO2溶胶的制备：首先将SiO2粉末和步骤E2得到的N掺杂TiO2粉末一起放入研磨钵中，再依次将去离子水和乙酰丙酮加入研磨钵中后研磨混合物；然后将研磨后的混合物转移至硝酸溶液中，并向该混合溶液中加入表面活性剂，连续搅拌后，再避光存放，即得到稳定的溶胶；E4、SiO2/N掺杂TiO2膜的制备：采用提拉方法，将步骤E3制备好的SiO2/N掺杂TiO2溶胶涂覆在双锥形光纤SiO2膜的表面。根据本专利技术所述的光电光热转换与传递的可见光催化光纤的制作方法的优选方案，步骤C1中溴化银、硫代硫酸铵、醋酸铵、无水亚硫酸钠、硫代氨基脲、阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂以及苯亚磺酸钠的质量比为(3～4)∶(23～25)∶(3～4)∶(7～9)∶(0.02～0.05)∶(0.0025～0.0035)∶(0.08～0.09)∶(0.9～1.1)；步骤C2中纳米SiO2粒子与阳离子表面活性剂的质量比为(10000～30000)∶(0.4～0.6)；步骤C3中SiO2分散液与无氰镀银液的质量比为(40～85)∶(800～1200)；在已加入SiO2分散液的无氰镀银液中按(0.08～0.2)mg/L加入阳离子表面活性剂和按(70～130)mg/L加入非离子表面活性剂。根据本专利技术所述的光电光热转本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光电光热转换与传递的可见光催化光纤，包括光纤纤芯(1)和包裹光纤纤芯(1)的光纤包层(2)；其特征在于：该可见光催化光纤的中段设置为双锥形光纤，该双锥形光纤两端的直径大于双锥形光纤中部的直径；在双锥形光纤的外表面设置有Nd2O3透明介质薄膜；Nd2O3透明介质薄膜的外表面设置有Ag–SiO2复合介质薄膜；Ag–SiO2复合介质薄膜的外表面设置有SiO2膜，SiO2膜的外表面设置有SiO2/N掺杂TiO2膜。

【技术特征摘要】
1.一种光电光热转换与传递的可见光催化光纤，包括光纤纤芯(1)和包裹光纤纤芯(1)的光纤包层(2)；其特征在于：该可见光催化光纤的中段设置为双锥形光纤，该双锥形光纤两端的直径大于双锥形光纤中部的直径；在双锥形光纤的外表面设置有Nd2O3透明介质薄膜；Nd2O3透明介质薄膜的外表面设置有Ag–SiO2复合介质薄膜；Ag–SiO2复合介质薄膜的外表面设置有SiO2膜，SiO2膜的外表面设置有SiO2/N掺杂TiO2膜。2.一种光电光热转换与传递的可见光催化光纤的制作方法，其特征在于：包括如下步骤：A、选取石英光纤为基材；将石英光纤中段的光纤保护层去除，并用酒精插洗干净；再将石英光纤中段拉制成双锥形光纤，使该双锥形光纤两端的直径大于双锥形光纤中部的直径；B、Nd2O3透明介质薄膜的制作B1、在真空环境下,通过蒸发沉积方法在双锥形光纤表面上沉积稀土Nd薄膜；B2、对沉积的稀土Nd薄膜进行加热氧化，稀土Nd薄膜完全氧化后成为Nd2O3透明介质薄膜；C、Ag–SiO2复合介质薄膜的制作C1、无氰镀银液的制备：将溴化银、硫代硫酸铵、醋酸铵、无水亚硫酸钠、硫代氨基脲、阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂以及苯亚磺酸钠在超声波搅拌下溶于去离子水中，并采用氨水或者醋酸将混合溶液的pH值调节至5～6，取其上清液，该上清液即为无氰镀银液；C2、纳米SiO2分散液的制备：将去离子水加入到纳米SiO2粒子中，再加入阳离子表面活性剂进行搅拌，得到纳米SiO2分散液；C3、含Ag离子和纳米SiO2粒子混合镀液的制备：将制备好的纳米SiO2分散液加入到无氰镀银液中，然后向已加入纳SiO2分散液的无氰镀银液中加入阳离子表面活性剂和非离子表面活性剂；再将混合溶液的pH值调整至5～6，并在超声波条件下继续超声分散，得到含Ag离子和纳米SiO2粒子的Ag-SiO2混合镀液；C4、Ag-SiO2复合介质薄膜的制备方法：采用电沉积方法，将步骤C3得到的Ag-SiO2混合镀液，沉积在双锥形光纤Nd2O3透明介质薄膜的表面；D、SiO2膜的制作D1、将表面活性剂、聚乙二醇和纳米SiO2粒子加入到蒸馏水中，搅拌后得到稳定的SiO2分散液；D2、采用镀膜提拉方法，将步骤D1得到的SiO2分散液沉积在双锥形光纤Ag-Si...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟年丙，赵明富，钟登杰，徐云兰，汤斌，贺媛媛，张天衡，常海星，
申请(专利权)人：重庆理工大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50