CN106693696A - 一种纳米光催化防雾霾纱网 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种纳米光催化防雾霾纱网，是由以下步骤制得的：高分子聚合物溶于溶剂后通过静电纺丝制备纳米纤维膜；浸渍酸溶液得改性纳米纤维膜；浸渍于二氧化钛溶胶，制得包覆纳米二氧化钛的初品；烧结制得纳米光催化防雾霾纱网。本发明的纳米光催化防雾霾纱网经高温烧结制得表面包覆锐钛矿结构纳米TiO2薄膜的纳米纤维，具有催化效果显著、可有效分解有害物质和过滤效果好等优点。通过酸溶液处理后表面变得比较粗糙，同时表面产生大量的羧基，在高温条件下与纳米二氧化钛膜表面羟基键合，不易脱落。纳米二氧化钛薄膜不仅可以有效保护纳米纤维，延长纱网的使用寿命，同时具有很强的自清洁能力，方便纱网的清洁和使用。

Description

一种纳米光催化防雾霾纱网
技术领域
本发明属于环保领域，具体涉及一种纳米光催化防雾霾纱网。
背景技术
近年来，随着全球工业化进程的不断加快，环境污染问题日趋严重，以PM2.5(空气动力学尺寸小于2.5μm的颗粒)为特征的空气细颗粒物的污染呈加剧态势。空气中的污染物的组成复杂，主要包含无机物质(如SiO2、SO4 2-和NOX等)和有机物质(如有机碳和元素碳等)，且来源主要是燃煤发电、工业生产及汽车尾气排放，且具有多污染源叠加的复合型污染特性。PM2.5不仅会造成雾霾天气的频发，还会引发人体呼吸***和心血管疾病，造成胎儿发育缺陷，引发充血性心力衰竭和肺癌等疾病，甚至会导致死亡。随着人们物质生活水平的提高，人们越来越重视自身健康，空气质量直接影响到人们的身体健康；由于室外空气质量的整体下降，尤其在雾霾天气，室内空气质量也十分糟糕。因此，设计和制备能有效阻隔PM2.5同时具备分解催化空气中有害物质的纱网具有极其重要的现实意义。
发明专利“一种纳米微孔空气净化网及其制造方法(申请号201410738430.3)”和“一种防雾霾纱网(申请号201610414305.6)”均公布了防雾霾纱网，但其具有结构复杂、功能单一(无法阻止有毒气体)和自洁效果差等缺点；发明专利“一种抗紫外线防雾霾纱网(申请号201610414315.X)”公布了一种具有防雾霾和杀菌的纱网，但是二氧化钛作为一种添加剂，分布在薄膜材料中，不是依附表面，因此具有催化效率低下的缺点。发明专利“一种防雾霾纳米窗纱制作方法(申请号201410272399.9)”公布了一种防雾霾纳米窗纱制作方法，采用静电纺丝技术制备聚酰胺纳米纤维膜，表面喷涂纳米二氧化钛粒子，虽然实现了光催化和防雾霾的功效，但是表面喷涂纳米二氧化钛分布不均匀，并且其与基体的黏连性差，易脱落。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供了一种催化效果显著、粘结性和过滤效果好的纳米光催化防雾霾纱网。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的：
一种纳米光催化防雾霾纱网，是由以下步骤制得的：
(1)将高分子聚合物溶于溶剂，得纺丝液；
(2)将纺丝液通过静电纺丝制备纳米纤维膜；将纳米纤维膜浸渍酸溶液中，静置1-3h后取出，乙醇和去离子水交替洗涤2-5次，80-100℃烘干，得改性纳米纤维膜；
(3)将改性纳米纤维膜浸渍于二氧化钛溶胶中，静置10-15min取出，空气中水解10-15min，重复浸渍、静置和水解过程2-8次，制得包覆纳米二氧化钛的初品；
(4)将包覆纳米二氧化钛的初品置于马弗炉中，以2-6℃/min的升温速率，100-300℃烘干1-3h，然后400-500℃烧结0.5-1.5h，制得纳米光催化防雾霾纱网。
所述改性纳米纤维膜的厚度为100-600μm，所述包覆纳米二氧化钛的厚度为10-200nm。
所述高分子聚合物和溶剂的质量比为1-3：10。
所述高分子聚合物为聚酰胺酸、聚酰胺酰亚胺和聚对苯二甲酰对苯二胺中的一种。
所述溶剂为二甲基甲酰胺、四氢呋喃和N-甲基吡咯烷酮中的一种。
所述静电纺丝的相关参数：推进速度为3-10μl/min，静电压为10-50kv，针头与滚筒之间的距离为10-20cm，滚筒的转速为200-500r/min，环境温度为30±2℃。
所述酸溶液为硫酸溶液、硝酸溶液和三氟乙酸溶液中的一种，酸溶液的浓度为20-60％。
所述二氧化钛溶胶是由以下方法制备得到的：
1)将去离子水和无水乙醇按照1：2-4的体积比混合，硝酸调节pH值至3-4，得溶液A；
2)将钛酸丁酯和无水乙醇按照1：1-2的体积比混合，得溶液B；
3)室温条件下，将溶液B以1-3滴/s的速度滴加至溶液A中，同时用恒温磁力搅拌器进行剧烈搅拌3-8h，制成淡黄色透明的溶胶；然后在80-120℃条件下烘箱中干燥12-36h，即可制得二氧化钛溶胶。
所述溶液A和溶液B的体积比为1：3-8。
本发明的有益效果：
1.本发明的纳米光催化防雾霾纱网经高温烧结制得表面包覆锐钛矿结构纳米TiO2薄膜的纳米纤维，具有催化效果显著、可有效分解有害物质和过滤效果好等优点。
2.本发明的纳米纤维膜通过酸溶液处理后表面变得比较粗糙，同时表面产生大量的羧基，在高温条件下与纳米二氧化钛膜表面羟基键合，不易脱落。
3.本发明的纳米二氧化钛薄膜不仅可以有效保护纳米纤维，延长纱网的使用寿命，同时具有很强的自清洁能力，方便纱网的清洁和使用。
4.本发明的纳米二氧化钛能够在光的作用下将空气中的甲醛、二氧化硫、氮化物等有害气体，达到净化空气的目的。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
一种纳米光催化防雾霾纱网，是由以下步骤制得的：
(1)将高分子聚合物溶于溶剂，得纺丝液；
(2)将纺丝液通过静电纺丝制备纳米纤维膜；将纳米纤维膜浸渍酸溶液中，静置1h后取出，乙醇和去离子水交替洗涤5次，100℃烘干，得改性纳米纤维膜；
(3)将改性纳米纤维膜浸渍于二氧化钛溶胶中，静置10min取出，空气中水解15min，重复浸渍、静置和水解过程2次，制得包覆纳米二氧化钛的初品；
(4)将包覆纳米二氧化钛的初品置于马弗炉中，以6℃/min的升温速率，100℃烘干3h，然后400℃烧结1.5h，制得纳米光催化防雾霾纱网。
所述改性纳米纤维膜的厚度为100μm，所述包覆纳米二氧化钛的厚度为10nm。
所述高分子聚合物和溶剂的质量比为3：10。
所述高分子聚合物为聚酰胺酸。
所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
所述静电纺丝的相关参数：推进速度为10μl/min，静电压为10kv，针头与滚筒之间的距离为20cm，滚筒的转速为200r/min，环境温度为30±2℃。
所述酸溶液为硫酸溶液，浓度为60％。
所述二氧化钛溶胶是由以下方法制备得到的：
1)将去离子水和无水乙醇按照1：2的体积比混合，硝酸调节pH值至3-4，得溶液A；
2)将钛酸丁酯和无水乙醇按照1：1的体积比混合，得溶液B；
3)室温条件下，将溶液B以3滴/s的速度滴加至溶液A中，同时用恒温磁力搅拌器进行剧烈搅拌8h，制成淡黄色透明的溶胶；然后在120℃条件下烘箱中干燥12h，即可制得二氧化钛溶胶。
所述溶液A和溶液B的体积比为1：3。
实施例2
一种纳米光催化防雾霾纱网，是由以下步骤制得的：
(1)将高分子聚合物溶于溶剂，得纺丝液；
(2)将纺丝液通过静电纺丝制备纳米纤维膜；将纳米纤维膜浸渍酸溶液中，静置2h后取出，乙醇和去离子水交替洗涤4次，90℃烘干，得改性纳米纤维膜；
(3)将改性纳米纤维膜浸渍于二氧化钛溶胶中，静置13min取出，空气中水解13min，重复浸渍、静置和水解过程5次，制得包覆纳米二氧化钛的初品；
(4)将包覆纳米二氧化钛的初品置于马弗炉中，以4℃/min的升温速率，200℃烘干2h，然后450℃烧结1h，制得纳米光催化防雾霾纱网。
所述改性纳米纤维膜的厚度为400μm，所述包覆纳米二氧化钛的厚度为100nm。
所述高分子聚合物和溶剂的质量比为2：10。
所述高分子聚合物为聚酰胺酰亚胺。
所述溶剂为四氢呋喃。
所述静电纺丝的相关参数：推进速度为6μl/min，静电压为30kv，针头与滚筒之间的距离为15cm，滚筒的转速为300r/min，环境温度为30±2℃。
所述酸溶液为硝酸溶液，浓度为40％。
所述二氧化钛溶胶是由以下方法制备得到的：
1)将去离子水和无水乙醇按照1：3的体积比混合，硝酸调节pH值至3-4，得溶液A；
2)将钛酸丁酯和无水乙醇按照1：2的体积比混合，得溶液B；
3)室温条件下，将溶液B以2滴/s的速度滴加至溶液A中，同时用恒温磁力搅拌器进行剧烈搅拌5h，制成淡黄色透明的溶胶；然后在100℃条件下烘箱中干燥24h，即可制得二氧化钛溶胶。
所述溶液A和溶液B的体积比为1：5。
实施例3
一种纳米光催化防雾霾纱网，是由以下步骤制得的：
(1)将高分子聚合物溶于溶剂，得纺丝液；
(2)将纺丝液通过静电纺丝制备纳米纤维膜；将纳米纤维膜浸渍酸溶液中，静置3h后取出，乙醇和去离子水交替洗涤2次，80℃烘干，得改性纳米纤维膜；
(3)将改性纳米纤维膜浸渍于二氧化钛溶胶中，静置15min取出，空气中水解10min，重复浸渍、静置和水解过程8次，制得包覆纳米二氧化钛的初品；
(4)将包覆纳米二氧化钛的初品置于马弗炉中，以2℃/min的升温速率，300℃烘干1h，然后500℃烧结0.5h，制得纳米光催化防雾霾纱网。
所述改性纳米纤维膜的厚度为600μm，所述包覆纳米二氧化钛的厚度为200nm。
所述高分子聚合物和溶剂的质量比为1：10。
所述高分子聚合物为聚对苯二甲酰对苯二胺。
所述溶剂为二甲基甲酰胺。
所述静电纺丝的相关参数：推进速度为3μl/min，静电压为50kv，针头与滚筒之间的距离为10cm，滚筒的转速为500r/min，环境温度为30±2℃。
所述酸溶液为三氟乙酸溶液，浓度为20％。
所述二氧化钛溶胶是由以下方法制备得到的：
1)将去离子水和无水乙醇按照1：4的体积比混合，硝酸调节pH值至3-4，得溶液A；
2)将钛酸丁酯和无水乙醇按照1：1的体积比混合，得溶液B；
3)室温条件下，将溶液B以滴/s的速度滴加至溶液A中，同时用恒温磁力搅拌器进行剧烈搅拌3h，制成淡黄色透明的溶胶；然后在80℃条件下烘箱中干燥36h，即可制得二氧化钛溶胶。
所述溶液A和溶液B的体积比为1：8。
对比例1
一种纳米光催化防雾霾纱网，是由以下步骤制得的：
(1)将高分子聚合物溶于溶剂，得纺丝液；
(2)将纺丝液通过静电纺丝制备纳米纤维膜，乙醇和去离子水交替洗涤4次，90℃烘干，得纳米纤维膜；
(3)将纳米纤维膜浸渍于二氧化钛溶胶中，静置13min取出，空气中水解13min，重复浸渍、静置和水解过程5次，制得包覆纳米二氧化钛的初品；
(4)将包覆纳米二氧化钛的初品置于马弗炉中，以4℃/min的升温速率，200℃烘干2h，然后450℃烧结1h，制得纳米光催化防雾霾纱网。
所述纳米纤维膜的厚度为400μm，所述包覆纳米二氧化钛的厚度为100nm。
所述高分子聚合物和溶剂的质量比为2：10。
所述高分子聚合物为聚酰胺酰亚胺。
所述溶剂为四氢呋喃。
所述静电纺丝的相关参数：推进速度为6μl/min，静电压为30kv，针头与滚筒之间的距离为15cm，滚筒的转速为300r/min，环境温度为30±2℃。
所述二氧化钛溶胶是由以下方法制备得到的：
1)将去离子水和无水乙醇按照1：3的体积比混合，硝酸调节pH值至3-4，得溶液A；
2)将钛酸丁酯和无水乙醇按照1：2的体积比混合，得溶液B；
3)室温条件下，将溶液B以2滴/s的速度滴加至溶液A中，同时用恒温磁力搅拌器进行剧烈搅拌5h，制成淡黄色透明的溶胶；然后在100℃条件下烘箱中干燥24h，即可制得二氧化钛溶胶。
所述溶液A和溶液B的体积比为1：5。
对比例2
一种纳米光催化防雾霾纱网，是由以下步骤制得的：
(1)将高分子聚合物溶于溶剂，得纺丝液；
(2)将纺丝液通过静电纺丝制备纳米纤维膜，乙醇和去离子水交替洗涤4次，90℃烘干，得纳米纤维膜；
(3)在纳米纤维膜表面喷涂一层纳米二氧化钛水溶液，90℃烘干，重复喷涂和烘干5次，制得纳米光催化防雾霾纱网。
所述纳米纤维膜的厚度为400μm，所述包覆纳米二氧化钛的厚度为100nm。
所述高分子聚合物和溶剂的质量比为2：10。
所述高分子聚合物为聚酰胺酰亚胺。
所述溶剂为四氢呋喃。
所述纳米二氧化钛水溶液的浓度为30％；
所述静电纺丝的相关参数：推进速度为6μl/min，静电压为30kv，针头与滚筒之间的距离为15cm，滚筒的转速为300r/min，环境温度为30±2℃。
防雾霾试验
将实施例1-3和对比例1-2的纳米光催化防雾霾纱网在气流速度为2.83L/min时，测定对粒径为2.5μm、1.5μm、0.5μm的微小颗粒物及气体中二氧化硫、氮氧化物和甲醛的过滤效率；放置180天后继续测定对粒径为2.5μm、1.5μm、0.5μm的微小颗粒物及气体中二氧化硫、氮氧化物和甲醛的过滤效率，结果如表1所示。
表1过滤效率试验结果
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种纳米光催化防雾霾纱网，其特征在于，是由以下步骤制得的：
(1)将高分子聚合物溶于溶剂，得纺丝液；
(2)将纺丝液通过静电纺丝制备纳米纤维膜；将纳米纤维膜浸渍酸溶液中，静置1-3h后取出，乙醇和去离子水交替洗涤2-5次，80-100℃烘干，得改性纳米纤维膜；
(3)将改性纳米纤维膜浸渍于二氧化钛溶胶中，静置10-15min取出，空气中水解10-15min，重复浸渍、静置和水解过程2-8次，制得包覆纳米二氧化钛的初品；
(4)将包覆纳米二氧化钛的初品置于马弗炉中，以2-6℃/min的升温速率，100-300℃烘干1-3h，然后400-500℃烧结0.5-1.5h，制得纳米光催化防雾霾纱网。
2.根据权利要求1所述的纳米光催化防雾霾纱网，其特征在于，所述改性纳米纤维膜的厚度为100-600μm，所述包覆纳米二氧化钛的厚度为10-200nm。
3.根据权利要求1所述的纳米光催化防雾霾纱网，其特征在于，所述高分子聚合物和溶剂的质量比为1-3：10。
4.根据权利要求1或3所述的纳米光催化防雾霾纱网，其特征在于，所述高分子聚合物为聚酰胺酸、聚酰胺酰亚胺和聚对苯二甲酰对苯二胺中的一种。
5.根据权利要求1所述的纳米光催化防雾霾纱网，其特征在于，所述溶剂为二甲基甲酰胺、四氢呋喃和N-甲基吡咯烷酮中的一种。
6.根据权利要求1所述的纳米光催化防雾霾纱网，其特征在于，所述静电纺丝的相关参数：推进速度为3-10μl/min，静电压为10-50kv，针头与滚筒之间的距离为10-20cm，滚筒的转速为200-500r/min，环境温度为30±2℃。
7.根据权利要求1所述的纳米光催化防雾霾纱网，其特征在于，所述酸溶液为硫酸溶液、硝酸溶液和三氟乙酸溶液中的一种，酸溶液的浓度为20-60％。
8.根据权利要求1所述的纳米光催化防雾霾纱网，其特征在于，所述二氧化钛溶胶是由以下方法制备得到的：
1)将去离子水和无水乙醇按照1：2-4的体积比混合，硝酸调节pH值至3-4，得溶液A；
2)将钛酸丁酯和无水乙醇按照1：1-2的体积比混合，得溶液B；
3)室温条件下，将溶液B以1-3滴/s的速度滴加至溶液A中，同时用恒温磁力搅拌器进行剧烈搅拌3-8h，制成淡黄色透明的溶胶；然后在80-120℃条件下烘箱中干燥12-36h，即可制得二氧化钛溶胶。
9.根据权利要求8所述的纳米光催化防雾霾纱网，其特征在于，所述溶液A和溶液B的体积比为1：3-8。
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