PAN@HKUST-1/SnO2纳米纤维光催化材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种PAN@HKUST

【技术实现步骤摘要】
PAN@HKUST
‑
1/SnO2纳米纤维光催化材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种光催化材料
，特别涉及一种PAN@HKUST
‑
1/SnO2纳米纤维光催化材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]光催化技术是指光催化剂在外界光辐射下，吸收光能，激发产生导带电子和价带空穴，吸附在催化剂表面发生化学反应的过程。半导体的光催化过程分为以下四个步骤：首先当外界能量大于半导体禁带宽度时，产生光生电子
‑
空穴对；然后光生载流子会发生迁移，在迁移到半导体表面的同时伴有电子和空穴的复合；之后光生载流子在半导体光催化剂的表面形成氧化剂和还原剂。最后发生污染物的光催化氧化还原反应，从而达到降解的目的。
[0003]金属有机框架(MOFs)是一类以金属为中心与有机配体发生配位作用而形成的一类多孔杂化材料。自从MOFs被发现以来，因其具有极高的比表面积、有序的孔隙结构和组分的可调性等优良特性，引起了各领域研究人员的广泛关注。近年来，MOFs作为新兴的光催化剂，在去除有机染料和重金属离子等有害或有毒物质方面表现良好，但其功能单一；且在进行污染物处理过程中常规的MOFs粉末存在回收能力差、易堵塞和质量损失等问题，阻碍了粉末状MOFs的广泛实际应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术解决的技术问题是：提供一种PAN@HKUST
‑
1/SnO2纳米纤维光催化材料及其制备方法，解决现有技术MOFs材料功能单一，且在进行污染物处理过程中常规的 MOFs粉末存在回收能力差、易堵塞和质量损失等问题。
[0005]本专利技术采用技术方案是：一种PAN@HKUST
‑
1/SnO2纳米纤维膜光催化材料，是一种复合纤维膜；是使用PAN纳米纤维作为底物，HKUST
‑
1和SnO2复合生长于PAN纤维表面。
[0006]在一些实施例中，所述PAN@HKUST
‑
1/SnO2纳米纤维光催化材料的结构为图2 所示的扫描电子显微镜图像；PAN@HKUST
‑
1/SnO2纳米纤维光催化材料是PAN纤维表面生长有HKUST
‑
1和SnO2小晶体；所述PAN@HKUST
‑
1/SnO2纳米纤维光催化材料具有紫外吸收性能，Eg＝1.74eV，紫外光吸收光谱图谱为图3。在一些实施例中，所述PAN@HKUST
‑
1/SnO2纳米纤维光催化材料对有机污染物或重金属六价铬快速降解；或对细菌的杀灭率高于99.5％。
[0007]优选地，所述PAN@HKUST
‑
1/SnO2纳米纤维光催化材料是通过采用热稳定处理的PAN电纺纳米纤维为支撑载体，通过溶剂热原位生长法制备而成的PAN@HKUST
‑ꢀ
1/SnO2复合纤维膜。
[0008]进一步地，所述PAN@HKUST
‑
1/SnO2纳米纤维光催化材料中，PAN纤维的化学性质发生的变化，包括：丁腈基团(C≡N)的环化、链分子通过C＝N
‑
C＝N的交联、脱氢和氧化反应形
成吖啶环、萘啶环和氢化萘啶环的至少一种。
[0009]本专利技术还提供制备PAN@HKUST
‑
1/SnO2纳米纤维光催化材料的方法，包括以下步骤：步骤一，合成HKUST
‑
1纳米材料；步骤二，合成HKUST
‑
1/SnO2纳米复合膜；步骤三，合成PAN@HKUST
‑
1/SnO2纳米纤维复合膜；所述步骤三进一步包括以下分步骤：分步骤1，将PAN粉末和HKUST
‑
1/SnO2纳米材料在有机溶剂中溶解混合得到透明粘稠状的纺丝前体溶液；分步骤2，将纺丝前体溶液转移至注射器中，将注射器连接于高压静电装置，装置的正极连接针头，负极连接用来接收电纺丝纤维箔纸；分步骤3，进行静电纺丝，在连接负极的箔纸上覆盖的PAN@HKUST
‑
1/SnO2纳米复合纤维；步骤4，对PAN@HKUST
‑
1/SnO2纳米复合纤维进行热稳定化处理，得到最终PAN@HKUST
‑ꢀ
1/SnO2纳米纤维膜。
[0010]优选地，所述步骤二中，HKUST
‑
1与SnO2为摩尔比为0.2～0.8：0.8～0.2；所述步骤三中，所述静电纺丝是将接收纤维的箔纸与针头的针尖的距离调整为15～20cm，高压静电的装置的电压设置为12～45kv，流速设为0.3～1.5mL h
‑1。
[0011]优选地，所述热稳定化处理温度为80～250℃，反应时间1～3h；在热稳定过程中，PAN纤维的化学性质发生了变化，包括以下变化中的至少一种：丁腈基团C≡N的环化、链分子通过C＝N
‑
C＝N的交联、脱氢和氧化反应形成吖啶环、萘啶环和氢化萘啶环；所述有机溶剂为DMF。
[0012]优选地，所述步骤一进一步包括以下分步骤：分步骤1，将均苯三甲酸加入溶剂中搅拌至完全溶解获得A溶液以合成前驱体；此步骤中的溶剂是去离子水、乙醇、甲醇或稀盐酸中任一种或几种的混合；分步骤2，将Cu(NO3)2·
3H2O加入到溶剂中，溶解得到B溶液，并将B溶液加入A溶液中，得到均一的混合溶液；此步骤中的溶剂是去离子水、乙醇、甲醇或稀盐酸中任一种或几种的混合；分步骤3，将混合溶液进行水热反应，水热反应温度为100～180℃，反应时间10～24h，生成HKUST
‑
1晶体，然后在干燥；所述步骤二进一步包括以下分步骤：分步骤1，在水中加入SnCl4·
5H2O，搅拌至乳白色溶液，然后滴加适量的氢氧化钠溶液，直到得到透明的溶液混合物；分步骤2，向混合物中加入表面活性剂、HKUST
‑
1和溶剂进行反应；其中，溶剂可以是去离子水、乙醇、甲醇或稀盐酸中任一种或几种的混合；所述表面活性剂是PVP、十二烷基苯磺酸钠、正十二烷基三甲基铵的正十二烷基硫酸盐、丙烷
‑
1，3
‑
二十二烷基二甲基溴化铵、11
‑
丙烯酰十一烷基三甲基溴化铵中的一种或几种的混合；分步骤3，对分步骤2的产物通过离心、洗涤处理，最后将产物在烘干，得到HKUST
‑
1/SnO2纳米材料。
[0013]本专利技术的PAN@HKUST
‑
1/SnO2纳米纤维光催化材料在可见光下还原Cr(VI)或罗丹明B，或者在杀菌方面的应用。
[0014]本专利技术的技术效果是：本专利技术的PAN@HKUST
‑
1/SnO2纳米纤维膜在可见光下还原Cr(VI)，罗丹明B以及杀菌方面的光催化性能好，且具有优异的可重复使用性能和稳定性，且极易从水体中回收，在废水处理和杀菌方面均具有广阔的应用前景。
附图说明
[0015]图1为本专利技术实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种PAN@HKUST
‑
1/SnO2纳米纤维光催化材料，是一种复合纤维膜；是使用PAN纳米纤维作为底物，HKUST
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1和SnO2复合生长于PAN纤维表面。2.如权利要求1所述的PAN@HKUST
‑
1/SnO2纳米纤维光催化材料，其特征在于：所述PAN@HKUST
‑
1/SnO2纳米纤维光催化材料的结构为图2所示的扫描电子显微镜图像；PAN@HKUST
‑
1/SnO2纳米纤维光催化材料是PAN纤维表面生长有HKUST
‑
1和SnO2小晶体；所述PAN@HKUST
‑
1/SnO2纳米纤维光催化材料具有紫外吸收性能，Eg＝1.74eV，紫外光吸收光谱图谱为图3。3.如权利要求1所述的PAN@HKUST
‑
1/SnO2纳米纤维光催化材料，其特征在所述PAN@HKUST
‑
1/SnO2纳米纤维光催化材料对有机污染物或重金属六价铬快速降解；或对细菌的杀灭率高于99.5％。4.如权利要求1
‑
3任一项所述的PAN@HKUST
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1/SnO2纳米纤维光催化材料，其特征在于：所述PAN@HKUST
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1/SnO2纳米纤维光催化材料是通过采用热稳定处理的PAN电纺纳米纤维为支撑载体，通过溶剂热原位生长法制备而成的PAN@HKUST
‑
1/SnO2复合纤维膜。5.如权利要求1
‑
3任一项所述的PAN@HKUST
‑
1/SnO2纳米纤维光催化材料，其特征在于：所述PAN@HKUST
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1/SnO2纳米纤维光催化材料中，PAN纤维的化学性质发生的变化，包括：丁腈基团(C≡N)的环化、链分子通过C＝N
‑
C＝N的交联、脱氢和氧化反应形成吖啶环、萘啶环和氢化萘啶环的至少一种。6.制备如权利要求1～5任一项所述的PAN@HKUST
‑
1/SnO2纳米纤维光催化材料的方法，包括以下步骤：步骤一，合成HKUST
‑
1纳米材料；步骤二，合成HKUST
‑
1/SnO2纳米复合膜；步骤三，合成PAN@HKUST
‑
1/SnO2纳米纤维复合膜；所述步骤三进一步包括以下分步骤：分步骤1，将PAN粉末和HKUST
‑
1/SnO2纳米材料在有机溶剂中溶解混合得到透明粘稠状的纺丝前体溶液；分步骤2，将纺丝前体溶液转移至注射器中，将注射器连接于高压静电装置，装...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘天乐，谢东桓，刘耀迪，冀亚雄，汪远昊，
申请(专利权)人：深圳职业技术学院，
类型：发明
国别省市：