CN101745430B - 具有光催化活性的纤维素复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有光催化活性的纤维素复合材料及二氧化钛薄膜的制备方法。该方法将5-50g再生纤维素膜洗净并在无水乙醇中浸泡20-100min后，置于50-500ml二氧化钛溶胶中，搅拌，加入体积为20-1000ml浓度为0.1-0.5mol/l的氢氧化钠溶液，搅拌反应2-72h，于室温下干燥得到具有光催化活性的纤维素复合材料。将所得复合材料在马弗炉中高温烧结，得到二氧化钛薄膜。本发明利用可再生资源，成本低廉，合成工艺简单，合成过程绿色无污染，所得的纤维素复合材料具有很好抗紫外的性能，良好的紫外光催化降解有机污染物的性质，同时保持了再生纤维素较高的力学性能；所得的二氧化钛薄膜具有良好的光电和光催化性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有光催化活性的纤维素复合材料及其制备方法和应用，属于无机非金属纳米材料领域，也属于物理、化学领域。
背景技术
纳米粒子/聚合物复合材料已成为材料科学极富吸引力的领域。由于纳米颗粒的尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应以及高吸气性，低密度等特点，从而使纳米粒子/聚合物复合材料出现许多不同于常规聚合物材料的性质如光催化性、磁性、导电性、屏蔽紫外线、抗菌等性质。
纳米二氧化钛是一种多相半导体光催化剂，无毒，并有着优异的光催化性能，稳定性，氧化能力，在光化学和环境科学方面有着广泛的应用。纳米TiO2活性高、耐热性和耐腐蚀性良好，可作为性能优良的催化剂、催化剂载体和吸附剂。纳米TiO2由于它特殊的电子结构，因而能完全或部分分解各类有机物，使其最终生成CO2和H2O。纳米TiO2其优异的光催化性能，使其在污水处理，抗菌除毒等领域有着广泛的应用前景。
纳米二氧化钛一般为白色粉末状，在光降解催化等使用过程中具有不易回收，再次使用不方便的缺点，而纳米二氧化钛/再生纤维素膜中纤维素为纳米二氧化钛提供了一个很好的支撑基底，有利于纳米二氧化钛/再生纤维素膜的重复使用。二氧化钛薄膜中的二氧化钛颗粒的粒径为纳米级，具有良好的光电和光催化性能，应用更为广泛。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有光催化活性的纤维素复合材料及其制备方法和应用，该方法简便、污染小，不仅所需原料价格低廉，而且制备纳米二氧化钛/再生纤维素复合膜及二氧化钛薄膜具有很好抗紫外的性能，良好的紫外光催化降解有机污染物的性质。
本发明的纳米二氧化钛/再生纤维素膜复合材料可用于化工、食品、医用、环保等领域中的抗菌、紫外吸收及包装材料；良好的紫外光催化降解有机污染物的性质，可用于环保领域；二氧化钛薄膜可应用于光电和光催化领域。
本发明提供的技术方案是：一种具有光催化活性的纤维素复合材料。
本发明目还提供了上述具有光催化活性的纤维素复合材料的制备方法，包括以下步骤：将5-50g再生纤维素膜洗净并在无水乙醇中浸泡20-100min后，置于50-500mL二氧化钛溶胶中，搅拌，加入体积为20-1000mL浓度为0.1-0.5mol/L的氢氧化钠溶液，搅拌反应2-72h，于室温下干燥得到具有光催化活性的纤维素复合材料。
上述二氧化钛溶胶由下法制得：将钛酸正丁酯加入无水乙醇中，充分搅拌10-60min，然后加入硝酸，充分搅拌10-60min得到二氧化钛溶胶。
上述二氧化钛、硝酸和钛酸正丁酯的用量体积比为1∶1∶0.1-0.5。
上述硝酸的浓度为0.5-2mol/L。
所述再生纤维素膜采用中国专利ZL200310111566.3所述的方法制备：将NaOH/尿素溶液预冷之后，再将纤维素加入其中后迅速搅拌使其溶解，脱泡，通过流延法制备纤维素膜。
本发明所述的具有光催化活性的纤维素复合材料可用于制备二氧化钛薄膜。
本发明可将具有光催化活性的纤维素复合材料在马弗炉内烧结，得到二氧化钛薄膜。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1.所用的原料为再生纤维素膜，这种多羟基的高分子物质具有易于物理和化学改性的性质，且纤维素膜价格低廉。
2.纤维素膜的制备采用的是无毒新溶剂，在制备过程中也不使用任何有机溶剂，不会带来环境污染以及生态危机等问题。
3.Ti02粒子直接在纤维素膜上原位合成，常温反应，条件温和，操作方便。
4.具有光催化活性的纤维素膜复合材料具有很好抗紫外的性能，良好的抗菌性能和紫外光催化降解有机污染物的性质。
5.具有光催化活性的纤维素膜复合材料可以重复多次光降解有机污染物，并仍保持良好的力学性能。
6.二氧化钛薄膜的合成工艺简单。
7.二氧化钛薄膜的晶形可控，纳米二氧化钛/再生纤维素膜复合材料在马弗炉，温度400度下烧结可以得到纯白的二氧化钛薄膜，薄膜厚度为5-10微米，二氧化钛薄膜中的二氧化钛粒子半径在10纳米左右，粒径比较均一，晶形为锐钛型，薄膜具有良好的光电学和光催化性能。在温度800度下烧结得到的二氧化钛薄膜为金红石型。在温度600度下烧结得到两相共存的二氧化钛薄膜。
附图说明
附图1为本发明所得到的纤维素复合膜的扫描电镜图片及XPS(X射线光电子能谱)。
附图2为本发明所得到的纤维素复合膜在马弗炉400度下烧结得到的二氧化钛薄膜图片。图中左边所述的条形物为所得到的纤维素复合膜，右边所述的条形物为二氧化钛薄膜。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的技术方案和应用作进一步说明：
实施例1
将10g再生纤维素膜(采用中国专利ZL200310111566.3所述的方法制备)洗净并在无水乙醇中浸泡30min，后置于二氧化钛溶胶中，搅拌，滴加50mL0.2mol/L的氢氧化钠溶液(一个小时滴加完毕)，搅拌反应48h，将纤维素复合膜于室温下干燥。
上述二氧化钛溶胶由下法制得：将2mL钛酸正丁酯加入20mL无水乙醇中，充分搅拌10-60min，然后加入20mL的1mol/L的硝酸，充分搅拌10-60min得到二氧化钛溶胶。
实施例2
将10g再生纤维素膜洗净并在无水乙醇中浸泡20min，后置于二氧化钛溶胶中，搅拌，滴加50mL0.2mol/L的氢氧化钠溶液(一个小时滴加完毕)，搅拌反应24h，将纤维素复合膜于室温下干燥。如图1所示，从制得的纤维素复合膜的扫描电镜图和XPS中可以看出二氧化钛成功在纤维素膜上成功合成。将干燥后的纤维素复合膜在马弗炉中温度400度烧结得到洁白的二氧化钛薄膜，产率为25.4％。如图2所示，干态复合膜(左)，二氧化钛薄膜(右)。图2说明纤维素复合膜在马弗炉中成功合成二氧化钛薄膜。
上述二氧化钛溶胶由下法制得：将8mL钛酸正丁酯加入20mL无水乙醇中，充分搅拌10min，然后加入20mL的1mol/L的硝酸，充分搅拌40min得到二氧化钛溶胶。
实施例3
将5g再生纤维素膜洗净并在无水乙醇中浸泡40min，后置于二氧化钛溶胶中，搅拌，滴加40mL0.2mol/L的氢氧化钠溶液(一个小时滴加完毕)，搅拌反应48h，将纤维素复合膜于室温下干燥。
上述二氧化钛溶胶由下法制得：将6mL钛酸正丁酯加入20mL无水乙醇中，充分搅拌30min，然后加入20mL的0.5mol/L的硝酸，充分搅拌10min得到二氧化钛溶胶。
实施例4
将5g再生纤维素膜洗净并在无水乙醇中浸泡30min，后置于的二氧化钛溶胶中，搅拌，滴加100mL0.5mol/L的氢氧化钠溶液(两个小时滴加完毕)，搅拌反应72h，将纤维素复合膜于室温下干燥。纤维素复合膜在马弗炉中温度600度烧结得到洁白的二氧化钛薄膜，产率为23.4％。
上述二氧化钛溶胶由下法制得：将6mL钛酸正丁酯加入20mL无水乙醇中，充分搅拌40min，然后加入20mL的2mol/L的硝酸，充分搅拌60min得到二氧化钛溶胶。
实施例5
将20g再生纤维素膜洗净并在无水乙醇中浸泡30min，后置于二氧化钛溶胶中，搅拌，滴加50mL0.2mol/L的氢氧化钠溶液(一个小时滴加完毕)，搅拌反应48h，将纤维素复合膜于室温下干燥。纤维素复合膜在马弗炉中温度800度烧结得到洁白的二氧化钛薄膜，产率为22.5％。
上述二氧化钛溶胶由下法制得：将8mL钛酸正丁酯加入40mL无水乙醇中，充分搅拌60min，然后加入40mL的1mol/L的硝酸，充分搅拌10min得到二氧化钛溶胶。
实施例6
将15g再生纤维素膜洗净并在无水乙醇中浸泡40min，后置于二氧化钛溶胶中，搅拌，滴加100mL0.2mol/L的氢氧化钠溶液(一个小时滴加完毕)，搅拌反应72h，将纤维素复合膜于室温下干燥。
上述二氧化钛溶胶由下法制得：将10mL钛酸正丁酯加入20mL无水乙醇中，充分搅拌30min，然后加入20mL的1mol/L的硝酸，充分搅拌30min得到二氧化钛溶胶。
Claims (7)
1.一种具有光催化活性的纤维素复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：将5-50g再生纤维素膜洗净并在无水乙醇中浸泡20-100min后，置于50-500mL二氧化钛溶胶中，搅拌，加入体积为20-1000mL浓度为0.1-0.5mol/L的氢氧化钠溶液，搅拌反应2-72h，于室温下干燥得到具有光催化活性的纤维素复合材料。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：二氧化钛溶胶由下法制得：将钛酸正丁酯加入无水乙醇中，充分搅拌10-60min，然后加入硝酸，充分搅拌10-60min得到二氧化钛溶胶。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：硝酸的浓度为0.5-2mol/L。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于所用再生纤维素膜通过以下的方法制备：将NaOH/尿素溶液预冷之后，再将纤维素加入其中后迅速搅拌使其溶解，脱泡，通过流延法制备纤维素膜。
5.权利要求1或2所述的方法制得的具有光催化活性的纤维素复合材料。
6.权利要求5所述的具有光催化活性的纤维素复合材料用于制备二氧化钛薄膜。
7.根据权利要求6所述的用途，其特征在于：将具有光催化活性的纤维素复合材料在马弗炉内烧结，得到二氧化钛薄膜。
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