一种光催化织物及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种光催化织物及其制备方法和应用，属于材料化学和光催化技术领域，制备方法将金属前驱体、配体和高分子共同溶解于溶剂中，得到纺丝溶液；再将纺丝溶液进行纺丝成织物，得到具有光催化功能的织物。本发明专利技术制备的光催化织物中的金属配合物催化剂均匀负载在纤维表面、负载量大、且具有优异的可见光催化活性，合成简单，成本低廉，无毒环保，物理化学性质稳定，应用于微污染水体或挥发性有机物治理具有较高的光催化降解效率；本发明专利技术兼容工业织物制造工艺，具备工业化量产的潜力。具备工业化量产的潜力。

【技术实现步骤摘要】
一种光催化织物及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于材料化学和光催化
，具体涉及一种光催化织物及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]光催化是微污染水体(水源地与河道微污染、污水处理厂尾水、农村纳污坑塘和城乡黑臭水体等)和挥发性有机物(VOC)治理的有效技术之一。2018年以来，TiO2光催化网相继在陕西、江苏和广东等地的微污染水体治理中取得了良好效果，极大推进了光催化技术的实用化进程。在实际应用中，需要使用粘接剂将TiO2催化剂粘接在基网上制成光催化网，将其铺设于水面下方数厘米处，使之同时能接受光照以及与水体接触，且能够避免催化剂散落的二次污染。但是，TiO2光催化网主要受限于催化剂对太阳光谱的利用率低、以及粘接负载量低等因素，光催化降解时间往往需数日到数月不等，仍不能很好地满足商业化应用对成本和效率的要求。
[0003]针对目前TiO2光催化网的不足，一方面需要寻求可见光响应的新型催化剂，另一方面需要寻求新的催化剂负载技术。在新型催化剂方面，二硫代氨基甲酸盐等金属配合物因具备低成本规模化合成潜力、优异的可见光催化活性、以及在特定溶剂中的溶解性，成为嵌入纤维的良好选择。在催化剂负载方案方面，除了粘接在基网上，此前还有两步纺丝法，即第一步合成催化剂粉末，第二步再将粉末分散在高分子纺丝液中进行纺丝，该方案不仅省去了粘接剂也提高了催化剂的负载量。然而，对于该两步纺丝法，一方面由于纤维的直径一般为几百纳米到数微米，对于催化剂颗粒较大的情形不适用；另一方面当催化剂颗粒较小时，大部分颗粒会被纤维完全包裹，只有少部分暴露在纤维表面具有催化活性。因此，研发新型高效、稳定、低成本的光催化剂及其光催化网的制备技术是本领域的重要发展方向。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术中的问题，本专利技术提供了一种光催化织物及其制备方法和应用，制备方法将合成催化剂所需原料直接加入到工业织物制造工艺流程中，实现一步从原料到具有优异可见光催化活性的织物的制造，制备的光催化织物具有优异的可见光催化活性，合成简单，成本低廉，无毒环保，物理化学性质稳定，应用于微污染水体或挥发性有机物治理具有较低的成本和较高的光催化降解效率。
[0005]为了实现以上目的，本专利技术提供了一种光催化织物的制备方法，包括：首先将浓度为0.001～0.1mol/L的金属前驱体、0.002～0.4mol/L的配体和50～500g/L的高分子在0～80℃下共同完全溶解于溶剂中，得到有色透明的纺丝溶液，其中，配体的浓度为金属前驱体的2～4倍；然后将纺丝溶液在0～80℃下进行纺丝处理，待溶剂挥发后，即得到金属配合物催化剂负载的光催化织物。
[0006]优选地，所述金属前驱体包括可溶性铋、锰、铁、钴、镍、镉、锑和铅盐中的一种或多种的混合物，且可溶性金属盐包括氯化物、硝酸盐、乙酸盐或柠檬酸盐。
[0007]更加优选地，所述纺丝溶液中对于易水解的金属离子加酸调节pH值小于2。
[0008]更加优选地，所述易水解的金属离子包括铋或锑，所述酸包括盐酸、硫酸或硝酸。
[0009]优选地，所述配体包括二硫代氨基甲酸根、三聚硫氰酸根、卟啉、酞菁、邻菲啰啉、联吡啶及其衍生物中的一种或多种的混合物。
[0010]优选地，所述高分子为聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚苯乙烯、聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇缩丁醛或尼龙。
[0011]优选地，所述溶剂为N,N
‑
二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、四氢呋喃、三氯甲烷和乙腈中的一种或多种的混合物。
[0012]优选地，所述纺丝处理包括静电纺丝或溶液纺丝。
[0013]本专利技术还提供了一种光催化织物，采用上述的一种光催化织物的制备方法制备得到，所述光催化织物的外观为有色织物状，微观结构为多孔的纳米纤维结构。
[0014]本专利技术还提供了一种上述的光催化织物作为微污染水体或挥发性有机物的光催化降解的应用，具有从300nm到600nm光波长区间的紫外光和可见光催化活性，且在光照条件下能够将微污染有机物浓度降解到10％以下。
[0015]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0016]1、本专利技术的制备流程兼容工业织物制造工艺，无需额外流程，具备低成本规模化制造的潜力。
[0017]2、本专利技术使用的主要原料之一金属前驱体，对所含的金属元素的种类和比例具有较好的普适性，即在多种金属元素及比例的情况下，都可产生有效的催化剂。本专利技术使用主要原料之一配体，可采用工业重金属螯合剂，例如二硫代氨基甲酸根、三聚硫氰酸根等，在常温常压下即可与金属离子配位，产生具备可见光响应的催化剂，也为重金属螯合产物的资源化利用提供了可持续方案。
[0018]3、本专利技术的光催化网中的金属配合物催化剂合成简便、无毒环保、物理化学性质稳定、具有优异的可见光催化活性，仅需太阳能中的紫外光和可见光即可降解微污染水体中的有机物或空气中的VOC，是解决微污染水体治理的有效方案。
[0019]4、本专利技术实现了从原料到光催化织物的一步成型，且无需任何额外的修饰和改性。纺丝过程中，由于催化剂与高分子的溶解度不同，溶剂挥发后，高分子溶解度低首先结晶成为纤维，接着催化剂会在纤维表面均匀结晶析出并牢固负载在纤维上。本专利技术克服了粘接法负载量低、易脱落的问题，同时克服了两步纺丝法包裹催化剂的问题，提高了原料的利用率和催化剂的有效负载量，简化了光催化织物的制备流程。
附图说明
[0020]图1是本专利技术实施例1制备的光催化织物的实物照片；
[0021]图2是本专利技术实施例1制得的光催化织物的电镜照片；
[0022]图3是本专利技术制得的光催化织物在模拟太阳光照射下的盐酸四环素降解曲线图。
具体实施方式
[0023]下面结合说明书附图和具体的实施例对本专利技术作进一步地解释说明，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域
普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0024]本专利技术提供了一种光催化织物的制备方法，包括：
[0025]首先将浓度为0.001～0.1mol/L的金属前驱体、0.002～0.4mol/L的配体和50～500g/L的高分子在0～80℃下共同完全溶解于溶剂中，得到有色透明的纺丝溶液，其中，配体的浓度为金属前驱体的2～4倍；金属前驱体包括可溶性铋、锰、铁、钴、镍、镉、锑和铅盐中的一种或多种的混合物，且可溶性金属盐包括氯化物、硝酸盐、乙酸盐或柠檬酸盐；纺丝溶液中对于易水解的金属离子加酸调节pH值小于2，易水解的金属离子包括铋或锑，所述酸包括盐酸、硫酸或硝酸；配体包括二硫代氨基甲酸根、三聚硫氰酸根、卟啉、酞菁、邻菲啰啉、联吡啶及其衍生物中的一种或多种的混合物；高分子为聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚苯乙烯、聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇缩丁醛或尼龙；溶剂为N,N
‑
二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、四本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光催化织物的制备方法，其特征在于，包括：首先将浓度为0.001～0.1mol/L的金属前驱体、0.002～0.4mol/L的配体和50～500g/L的高分子在0～80℃下共同完全溶解于溶剂中，得到有色透明的纺丝溶液，其中，配体的浓度为金属前驱体的2～4倍；然后将纺丝溶液在0～80℃下进行纺丝处理，待溶剂挥发后，即得到金属配合物催化剂负载的光催化织物。2.根据权利要求1所述的一种光催化织物的制备方法，其特征在于，所述金属前驱体包括可溶性铋、锰、铁、钴、镍、镉、锑和铅盐中的一种或多种的混合物，且可溶性金属盐包括氯化物、硝酸盐、乙酸盐或柠檬酸盐。3.根据权利要求2所述的一种光催化织物的制备方法，其特征在于，所述纺丝溶液中对于易水解的金属离子加酸调节pH值小于2。4.根据权利要求3所述的一种光催化织物的制备方法，其特征在于，所述易水解的金属离子包括铋或锑，所述酸包括盐酸、硫酸或硝酸。5.根据权利要求1所述的一种光催化织物的制备方法，其特征在于，所述配体包括二硫代氨基甲酸根、三聚硫氰酸根...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨亚威，阙文修，蒙渊，滕伟，刘紫剑，赵彦君，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：