CN102912620A - 一种高光催化活性纳米二氧化钛涤纶纤维改性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种高光催化活性纳米二氧化钛涤纶纤维改性的方法，具体按照以下步骤实施：步骤1、将涤纶纤维浸泡于氢氧化钠溶液中进行刻蚀，再将刻蚀后的涤纶纤维进行清洗和烘干；步骤2、配置改性溶液，并利用改性溶液对刻蚀处理后的涤纶纤维进行改性处理；步骤3、将改性后的涤纶纤维进行清洗和烘干。本发明方法实现了直接在涤纶纤维表面负载金属离子并掺杂锐钛矿相纳米二氧化钛薄膜，改性后的涤纶纤维不仅具有良好的光催化效率、扩大了光谱响应范围，而且改善了涤纶纤维的自清洁的能力。

Description

一种高光催化活性纳米二氧化钛涤纶纤维改性的方法

技术领域

本发明属于功能纺织材料技术领域，涉及一种涤纶纤维改性的方法，具体涉及一种高光催化活性纳米二氧化钛涤纶纤维改性的方法。

背景技术

纳米二氧化钛是近年来发展较快的一种附加值很高的功能精细无机纳米材料，具有粒径小，比表面积大，表面活性高，热导性好，良好的耐气侯性和耐化学腐蚀等优点，其独特的紫外线屏蔽能力，光催化活性以及颜色效应使它一经面世而倍受青睐，广泛应用于抗菌、废水处理、催化和汽车工业等领域。锐钛矿相纳米二氧化钛作为光催化剂应用于降解污水时，具有无毒，稳定性高，制备成本低，无二次污染和适用污染物广等优点，一直深受人们的关注。但是锐钛矿相纳米二氧化钛的电子—空穴对的分离效率低，光谱响应范围窄，容易流失，后续分离和回收比较困难，限制了其光催化技术的实际应用。因此制备负载型的光催化剂，或者扩大光催化剂的光谱响应宽度就成为当前研究的方向，这样不仅可以避免光催化剂需要过滤、易悬浮的缺点，而且还增大了光催化效率。

采用吸收可见光的半导体、染料表面敏化、还原处理和元素掺杂等方法，可以减小二氧化钛的禁带宽度，扩大光谱响应范围，其中适当掺杂其它元素是提高二氧化钛光催化活性的有效手段。根据掺杂剂的性质一般分为过渡金属/贵金属掺杂和非金属掺杂。过渡金属掺杂尤其以铁掺杂研究较多，铁掺杂不仅可以使二氧化钛吸收带边发生红移，并且Fe³⁺的半径0.605nm和Ti⁴⁺的半径0.645nm很接近，容易掺进二氧化钛的晶格。同时Fe³⁺/Fe²⁺能级靠近二氧化钛导带，Fe³⁺/Fe⁴⁺能级靠近二氧化钛价带，因此Fe³⁺既能作为电子捕获中心，也能作为空穴的捕获中心，从而抑制电子—空穴对的复合，提高二氧化钛的光催化活性。

制备纳米二氧化钛光催化剂的方法很多，如热水解法，溶胶—凝胶法，模板法，化学沉淀法，热氧化和乳液法等，其中水热法是一种简单、有效的合成方法。该方法生成的二氧化钛具有理想的尺寸和形貌，成分单一，结晶度高，减少了颗粒的团聚，粒径分布范围窄，纯度高，以及粒子结构可控性好等优点。随着纳米二氧化钛光催化技术地不断发展，二氧化钛负载型光催化剂的基体材料包括玻璃、沙子、高分子聚合物、玻璃纤维、沸石、活性炭和多孔硅胶等。而目前采用水热法，使用硫酸钛、尿素和金属盐对涤纶纤维负载金属离子掺杂纳米二氧化钛的研究还没有。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高光催化活性纳米二氧化钛涤纶纤维改性的方法，实现了直接在涤纶纤维表面负载金属离子并掺杂锐钛矿相纳米二氧化钛薄膜，改性后的涤纶纤维不仅具有良好的光催化效率、扩大了光谱响应范围，而且改善了涤纶纤维的自清洁的能力。

本发明所采用的技术方案是，一种高光催化活性纳米二氧化钛涤纶纤维改性的方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、将涤纶纤维浸泡于氢氧化钠溶液中进行刻蚀，再将刻蚀后的涤纶纤维进行清洗和烘干；

步骤2、配置改性溶液，并利用改性溶液对刻蚀处理后的涤纶纤维进行改性处理；

步骤3、将改性后的涤纶纤维进行清洗和烘干。

本发明的特点还在于，

步骤1具体按照以下步骤实施：

1）称取涤纶纤维和氢氧化钠，涤纶纤维与氢氧化钠的质量比为1：3～6；

2）将1）中称取的氢氧化钠倒入去离子水中，使氢氧化钠充分溶解于去离子水中配置成质量体积百分比浓度为5g/L～20g/L的氢氧化钠溶液；

3）将1）中称取的涤纶纤维投入2）中配置好的氢氧化钠溶液中，于90℃~100℃条件下，使涤纶纤维在氢氧化钠溶液刻蚀处理20min～40min；

4）将3）中刻蚀处理的涤纶织物取出，放入50℃~70℃的无水乙醇溶液中，用超声振荡清洗15min～30min，再用去离子水反复清洗，将清洗后的涤纶织物放置于70℃~90℃条件下烘干。

步骤1中所使用的超声波频率为40KHz，功率为100W。

步骤2具体按照以下步骤实施：

1）称取步骤1刻蚀处理后的涤纶纤维，称取硫酸钛，刻蚀处理后的涤纶纤维与硫酸钛的质量比为1：3～6，称取尿素，硫酸钛与尿素的质量比为2～3：1～5，按照硫酸钛质量的5%～10%称取金属盐；

2）称取去离子水，将1）中称取的硫酸钛溶解于去离子水中，硫酸钛与去离子水的质量比1：4～8；

3）按照2）中称取的去离子水质量的10%～20%称取聚乙二醇，先将聚乙二醇倒入去离子水中，配置成聚乙二醇溶液，在剧烈搅拌条件下，将1）中称取的硫酸钛、尿素和金属盐加入到聚乙二醇溶液中，得到混合溶液；

4）将步骤1中刻蚀处理后的涤纶纤维浸渍在3）中配置的混合溶液中5min～10min，然后将浸渍后的涤纶纤维与混合溶液一起转移至高温高压反应釜中，混合溶液体积占反应釜体积的60%～80%，密封高温高压反应釜后，将高温高压反应釜放置于120℃～160℃条件下反应1h～3h，待反应结束后取出改性处理后的涤纶纤维。

步骤2中的金属盐是硝酸银、硫酸镍、氯化镍、三氯化铁或硫酸铁中的一种。

步骤3具体按照以下步骤实施：

将步骤2得到的改性后的涤纶纤维分别浸泡30℃~50℃的丙酮和30℃~50℃的无水乙醇溶液中各洗涤10min～30min，然后用70℃~90℃的去离子水漂洗20min～40min，最后于70℃~90℃烘干或自然晾干，即完成了涤纶纤维表面铁离子掺杂锐钛矿相纳米二氧化钛包覆。

本发明的有益效果是，

（1）采用水热合成技术在生成锐钛矿相纳米二氧化钛晶体的同时，将金属离子如银、镍和铁掺入二氧化钛晶格内部，并直接负载在涤纶纤维表面形成薄膜，赋予涤纶纤维高的光催化活性，与其他改性方法相比，本发明方法可将改性一步完成，具有工艺简单、生产成本低、纳米颗粒与涤纶纤维结合牢度高，光催化活性高的优点。

（2）通过控制反应温度和时间、溶液pH值、硫酸钛、尿素和金属盐用量，优化出最佳改性工艺和配方。

（3）测试结果表明，硫酸钛、尿素和金属盐对涤纶纤维负载金属离子掺杂锐钛矿相纳米二氧化钛薄膜，极大地提高了光催化活性，光催化降解染料废水效果显著增加，脱色率可以达到96%以上。经过30次标准洗涤之后，涤纶纤维仍然具有较高的光催化活性。

附图说明

图1是未负载纳米二氧化钛涤纶纤维的扫描电镜照片；

图2是采用本发明方法对涤纶纤维负载铁离子掺杂锐钛矿相二氧化钛薄膜的涤纶纤维扫描电镜照片；

图3是采用本发明方法对涤纶纤维负载铁离子掺杂锐钛矿相二氧化钛颗粒的X射线衍射谱图；

图4是采用本发明方法对涤纶纤维负载纳米二氧化钛薄膜前、后的漫反射光谱曲线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种高光催化活性纳米二氧化钛涤纶纤维改性的方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、将涤纶纤维浸泡于氢氧化钠溶液中进行刻蚀，再将刻蚀后的涤纶纤维进行清洗和烘干；

1）称取涤纶纤维和氢氧化钠，涤纶纤维与氢氧化钠的质量比为1：3～6；

2）将1）中称取的氢氧化钠倒入去离子水中，使氢氧化钠充分溶解于去离子水中配置成质量体积百分比浓度为5g/L～20g/L的氢氧化钠溶液；

3）将1）中称取的涤纶纤维投入2）中配置好的氢氧化钠溶液中，于90℃~100℃条件下，使涤纶纤维在氢氧化钠溶液刻蚀处理20min～40min；

4）将3）中刻蚀处理的涤纶织物取出，放入50℃~70℃的无水乙醇溶液中，用超声振荡清洗15min～30min，再用去离子水反复清洗，将清洗后的涤纶织物放置于70℃~90℃条件下烘干。

所使用的超声波频率为40KHz，功率为100W。

步骤2、配置改性溶液，并利用改性溶液对刻蚀处理后的涤纶纤维进行改性处理；

1）称取步骤1刻蚀处理后的涤纶纤维，称取硫酸钛，刻蚀处理后的涤纶纤维与硫酸钛的质量比为1：3～6，称取尿素，硫酸钛与尿素的质量比为2～3：1～5，按照硫酸钛质量的5%～10%称取金属盐；

2）称取去离子水，将1）中称取的硫酸钛溶解于去离子水中，硫酸钛与去离子水的质量比1：4～8；

3）按照2）中称取的去离子水质量的10%～20%称取聚乙二醇，先将聚乙二醇倒入去离子水中，配置成聚乙二醇溶液，在剧烈搅拌条件下，将1）中称取的硫酸钛、尿素和金属盐加入到聚乙二醇溶液中，得到混合溶液；

4）将步骤1中刻蚀处理后的涤纶纤维浸渍在3）中配置的混合溶液中5min～10min，然后将浸渍后的涤纶纤维与混合溶液一起转移至高温高压反应釜中，混合溶液体积占反应釜体积的60%～80%，密封高温高压反应釜后，将高温高压反应釜放置于120℃～160℃条件下反应1h～3h，待反应结束后取出改性处理后的涤纶纤维。

金属盐是硝酸银、硫酸镍、氯化镍、三氯化铁或硫酸铁中的一种。

步骤3、将改性后的涤纶纤维进行清洗和烘干；

将步骤2得到的改性后的涤纶纤维分别浸泡30℃~50℃的丙酮和30℃~50℃的无水乙醇溶液中各洗涤10min～30min，然后用70℃~90℃的去离子水漂洗20min～40min，最后于70℃~90℃烘干或自然晾干，即完成了涤纶纤维表面铁离子掺杂锐钛矿相纳米二氧化钛包覆。

图1和图2分别是涤纶纤维负载铁掺杂纳米二氧化钛薄膜前、后的扫描电镜照片。可以看出，未负载的涤纶纤维表面比较干净，没有其他附着物；经过硫酸钛、尿素和氯化铁水热改性之后，涤纶纤维表面包覆了一层纳米二氧化钛颗粒薄膜，高倍电镜照片显示，该薄膜是由纳米级颗粒构成。图3是硫酸钛、尿素和氯化铁水热处理涤纶纤维的纳米颗粒的X射线衍射谱图。可以看出，在2θ=25°、38°、48°、54°、56°、63°、68°、70°和75°左右出现衍射峰，与JCPDF卡片比较可知，涤纶纤维表面包覆物为锐钛矿型纳米二氧化钛，分别对应着(101)、(004)、(200)、(105)、(211)、(204)、(116)、(220)和(215)晶面，由于掺杂的铁离子较少，因此没有检测出铁的衍射峰。图4是涤纶纤维负载纳米二氧化钛薄膜前、后的漫反射光谱曲线。可以看出，涤纶纤维负载纳米二氧化钛薄膜之后，对紫外线的吸收明显增强，纳米二氧化钛掺杂铁离子之后，对紫外线和可见光的吸收能力有了进一步提高。

选用4种不同类型的染料进行脱色率测定。将2.0g的涤纶纤维浸泡在质量浓度分别为20mg/L、10mg/L、10mg/L和10mg/L的甲基蓝、亚甲基蓝、甲基橙和罗丹明B溶液中，溶液体积均为100mL，然后放在照度为8.5×10⁴勒克斯的太阳光下进行辐照，用UV1600型分光光度计分别测定四种染料在最大吸收波长597nm、664nm、464nm和597nm处的吸光度，根据公式（1）计算脱色率D：

$D=\frac{A_0-A_1}{A_0}\×100\%---\left(1\right)$

公式（1）中，A₀为染料溶液的初始吸光度；A₁为染料溶液辐照1h后的吸光度。

根据国家标准GB/T8629-2001《纺织品试验用家庭洗涤和干燥程序》对硫酸钛、尿素和氯化铁水热处理的涤纶纤维进行洗涤和干燥，选用A型洗衣机，4A洗涤程序，A型干燥程序。经过30次标准洗涤之后，按照上述光催化降解4种染料试验方法测定脱色率。

从原理方面说明本发明的有益效果所在：

（1）本发明采用水热合成技术，在生成锐钛矿相纳米二氧化钛晶体的同时，直接对涤纶纤维表面进行负载，与此同时将银（铁或镍）金属离子掺杂在二氧化钛晶体内部，通过优化反应温度和时间，调整涤纶纤维、硫酸钛、尿素和硝酸银（氯化铁或硫酸镍）的用量，使用分散剂聚乙二醇，筛选出最佳处理工艺。涤纶纤维、硫酸钛、尿素和硝酸银（氯化铁或硫酸镍）的用量比例，填充量，水热反应温度和时间等都影响着二氧化钛的晶相、晶化程度、形貌和粒子尺寸。涤纶纤维与硫酸钛质量比为1：3～6时，纤维表面能够包覆一定厚度的纳米二氧化钛薄膜，纳米颗粒与涤纶纤维结合牢固，不会发生团聚现象，溶液中也不会沉积过多的二氧化钛颗粒；当小于1：3时，硫酸钛用量太大，易造成浪费，纤维表面包覆的薄膜过厚，不利于纳米颗粒的形成，与纤维结合牢度变差；当大于1：6时，硫酸钛用量太少，纤维表面没有形成连续的薄膜，光催化活性受到影响。

（2）当硫酸钛与尿素的摩尔比0.1～0.5：1时，可以得到锐钛矿相纳米二氧化钛颗粒，二氧化钛的活性随着晶粒尺度的增大而减弱，把晶粒尺寸减小到纳米尺度使得禁带宽度增大，从而使光在空穴h⁺和电子e^-中具有更强的氧化性和还原性，纳米颗粒尺度小于载流子的平均自由程，从而降低了迁移过程中电子和空穴的复合；当摩尔比小于0.1：1时，尿素用量相对较大，在反应过程中溶液过饱和度增加，成核速度加快，产生的晶核数量增多，在竞争机制作用下，晶粒生长缓慢，晶粒度变小，但溶液pH值增大，对涤纶纤维损失严重；当摩尔比大于0.5：1时，硫酸钛用量相对较多，溶液过饱和度偏低，前驱物硫酸钛水解加剧，晶粒生长加快，晶粒度增大，容易产生团聚现象。

（3）当硝酸银（氯化铁或硫酸镍）用量为硫酸钛质量的5～10%时，纳米二氧化钛晶体生长良好，银（铁或镍）金属离子用量适中，可有效地渗入二氧化钛晶格，提高捕获电子和空穴的能力，从而抑制电子—空穴对的复合，提高二氧化钛的光催化活性；当硝酸银（氯化铁或硫酸镍）用量小于硫酸钛质量的5%时，掺杂的银（铁或镍）离子浓度较小，半导体中没有足够的载流子捕获陷阱，效果不明显；当硝酸银（氯化铁或硫酸镍）用量大于硫酸钛质量的10%时，银（铁或镍）离子掺杂浓度过大，半导体中捕获位间的距离将会降低，从而使电子—空穴对重新复合的几率增加，并且银（铁或镍）掺杂量过大，还会使银（铁或镍）离子无法有效地渗入二氧化钛晶格中，将附着在二氧化钛粒子表面或以金属盐的形式在表面富积，占据了活性位且减少二氧化钛的比表面积，使光催化活性下降。

（4）当硫酸钛与去离子水质量比为1：4～8，聚乙二醇体积为去离子水体积的10～20%时，可以较好地控制硫酸钛的水解速度，使得生成的锐钛矿相纳米二氧化钛晶粒为纳米级，在涤纶纤维表面负载致密、均匀；当硫酸钛与去离子水质量比小于1：4时，硫酸钛用量相对较多，生成的二氧化钛颗粒尺寸增加，易团聚；当硫酸钛与去离子水质量比大于1：8时，硫酸钛用量相对较少，单位体积中生成的纳米颗粒较少，包覆效果不好。当聚乙二醇体积小于去离子水体积的10%时，起不到分散纳米二氧化钛颗粒的作用；当聚乙二醇体积大于去离子水体积的20%时，影响纳米二氧化钛的晶相和附着牢度。

（5）当溶液填充量为反应釜体积的60～80%时，能够生成锐钛矿型纳米二氧化钛颗粒；当小于60%时，反应釜内压力偏低，影响纳米二氧化钛的生长速度；当大于80%时同样不利于纳米二氧化钛的生成，反应釜安全性也会受到影响。

（6）反应温度和时间主要影响纳米二氧化钛的晶化程度和晶体形貌、尺寸，对生成的晶相也有一些影响。当反应温度控制在120～160℃时，可以生成锐钛矿型纳米二氧化钛颗粒；当低于120℃时，会影响纳米二氧化钛的晶体结构；当高于160℃时，涤纶纤维强度损伤较大，手感发硬，丧失使用性能，温度过高会使锐钛矿相二氧化钛向金红石相转变，不利于光催化活性。反应时间控制在1～3h时，在涤纶纤维表面生成锐钛矿相纳米二氧化钛薄膜；当小于1h时，会影响纳米二氧化钛的晶化程度；当大于3h时，生成的二氧化钛颗粒会发生团聚，粒度明显增大，晶型也会发生转化。

金属离子掺杂锐钛矿相纳米二氧化钛颗粒光催化活性增强的原因可归结于以下四点：（1）金属离子的掺杂造成了二氧化钛晶格缺陷，形成浅势捕获位，减慢光生电子—空穴对的复合；（2）抑制了二氧化钛晶粒的生长，导致晶粒尺寸变小；（3）晶相含量不同；（4）形成掺杂能级，光谱吸收带边发生红移。

实施例1

按质量比1：3分别称取2.0g的涤纶纤维和6.0g的硫酸钛，将涤纶纤维浸泡在5g/L的氢氧化钠溶液中，90℃条件下刻蚀处理20min，用50℃无水乙醇溶液在40KHz、100W条件下超声振荡15min，再用去离子水反复清洗，将清洗后的涤纶织物放置于70℃条件下烘干；称取刻蚀处理后的涤纶纤维，按刻蚀处理后的涤纶纤维与硫酸钛的质量比为1：3称取6g硫酸钛，按硫酸钛与尿素质量比为3：5称取10g的尿素，按硫酸钛质量的5%称取0.3g的硝酸银，按硫酸钛与去离子水质量比1：4量取24g的去离子水，按照去离子水质量的10%量取2.4g的聚乙二醇，将聚乙二醇添加在去离子水中，在剧烈搅拌条件下，将硫酸钛、尿素和硝酸银溶解在去离子水和聚乙二醇的溶液中，将刻蚀处理后的涤纶纤维浸渍5min，然后转移至高温高压反应釜中，使溶液体积占反应釜体积的60%，密封高温高压反应釜后于120℃条件下反应3h；将反应后的涤纶纤维分别浸泡30℃的丙酮和无水乙醇溶液中各10min，再用70℃的去离子水漂洗20min，最后于70℃条件下烘干。

将2.0g银掺杂纳米二氧化钛改性后的涤纶纤维浸泡在体积100mL，质量浓度分别为20mg/L、10mg/L、10mg/L和10mg/L的甲基蓝、亚甲基蓝、甲基橙和罗丹明B溶液中，在照度8.5×10⁴勒克斯的太阳光下辐照。经过1h的光催化降解，甲基蓝、亚甲基蓝、甲基橙和罗丹明B的脱色率均在96%以上。根据国家标准GB/T8629-2001《纺织品试验用家庭洗涤和干燥程序》对银掺杂纳米二氧化钛改性后的涤纶纤维进行洗涤和干燥，选用A型洗衣机，4A洗涤程序，A型干燥程序。经过30次标准洗涤之后，重复光催化降解甲基蓝、亚甲基蓝、甲基橙和罗丹明B染料，1h后脱色率在90%以上。

实施例2

按质量比1：6分别称取2.0g的涤纶纤维和12.0g的硫酸钛，将涤纶纤维浸泡在20g/L的氢氧化钠溶液中，100℃条件下刻蚀处理40min，用70℃无水乙醇溶液在40KHz、100W条件下超声振荡30min，再用去离子水反复清洗，将清洗后的涤纶织物放置于90℃条件下烘干；称取刻蚀处理后的涤纶纤维，按刻蚀处理后的涤纶纤维与硫酸钛的质量比为1：6称取12g硫酸钛，按硫酸钛与尿素质量比为3：1称取4g的尿素，按硫酸钛质量的10%称取1.2g的氯化铁，按硫酸钛与去离子水质量比1：8量取96g的去离子水，按照去离子水质量的20%量取19.2g的聚乙二醇，将聚乙二醇添加在去离子水中，在剧烈搅拌条件下，将硫酸钛、尿素和氯化铁溶解在去离子水和聚乙二醇的溶液中，将刻蚀处理后的涤纶纤维浸渍10min，然后转移至高温高压反应釜中，使溶液体积占反应釜体积的80%，密封高温高压反应釜后于160℃条件下反应1h；将反应后的涤纶纤维分别浸泡50℃的丙酮和无水乙醇溶液中各30min，再用90℃的去离子水漂洗20min，最后于90℃条件下烘干。

将2.0g铁掺杂纳米二氧化钛改性后的涤纶纤维浸泡在体积100mL，质量浓度分别为20mg/L、10mg/L、10mg/L和10mg/L的甲基蓝、亚甲基蓝、甲基橙和罗丹明B溶液中，在照度8.5×10⁴勒克斯的太阳光下辐照。经过1h的光催化降解，甲基蓝、亚甲基蓝、甲基橙和罗丹明B的脱色率均在98%以上。根据国家标准GB/T8629-2001《纺织品试验用家庭洗涤和干燥程序》对铁掺杂纳米二氧化钛改性后的涤纶纤维进行洗涤和干燥，选用A型洗衣机，4A洗涤程序，A型干燥程序。经过30次标准洗涤之后，重复光催化降解甲基蓝、亚甲基蓝、甲基橙和罗丹明B染料，1h后脱色率在93%以上。

实施例3

按质量比1：4分别称取2.0g的涤纶纤维和8.0g的硫酸钛，将涤纶纤维浸泡在10g/L的氢氧化钠溶液中，100℃条件下刻蚀处理30min，用60℃无水乙醇溶液在40KHz、100W条件下超声振荡20min，再用去离子水反复清洗，将清洗后的涤纶织物放置于80℃条件下烘干；称取刻蚀处理后的涤纶纤维，按刻蚀处理后的涤纶纤维与硫酸钛的质量比为1：4称取8g硫酸钛，按硫酸钛与尿素质量比为2：1称取4g的尿素，按硫酸钛质量的7%称取0.56g的硫酸镍，按硫酸钛与去离子水质量比1：6量取48g的去离子水，按照去离子水质量的15%量取7.2g的聚乙二醇，将聚乙二醇添加在去离子水中，在剧烈搅拌条件下，将硫酸钛、尿素和硫酸镍溶解在去离子水和聚乙二醇的溶液中，将刻蚀处理后的涤纶纤维浸渍8min，然后转移至高温高压反应釜中，使溶液体积占反应釜体积的70%，密封高温高压反应釜后于140℃条件下反应2h；将反应后的涤纶纤维分别浸泡40℃的丙酮和无水乙醇溶液中各20min，再用80℃的去离子水漂洗30min，最后于80℃条件下烘干。

将2.0g镍掺杂纳米二氧化钛改性后的涤纶纤维浸泡在体积100mL，质量浓度分别为20mg/L、10mg/L、10mg/L和10mg/L的甲基蓝、亚甲基蓝、甲基橙和罗丹明B溶液中，在照度8.5×10⁴勒克斯的太阳光下辐照。经过2h的光催化降解，甲基蓝、亚甲基蓝、甲基橙和罗丹明B的脱色率均在97%以上。根据国家标准GB/T8629-2001《纺织品试验用家庭洗涤和干燥程序》对镍掺杂纳米二氧化钛改性后的涤纶纤维进行洗涤和干燥，选用A型洗衣机，4A洗涤程序，A型干燥程序。经过30次标准洗涤之后，重复光催化降解甲基蓝、亚甲基蓝、甲基橙和罗丹明B染料，1h后脱色率在91%以上。

Claims (6)

1.一种高光催化活性纳米二氧化钛涤纶纤维改性的方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1、将涤纶纤维浸泡于氢氧化钠溶液中进行刻蚀，再将刻蚀后的涤纶纤维进行清洗和烘干；

步骤2、配置改性溶液，并利用改性溶液对刻蚀处理后的涤纶纤维进行改性处理；

步骤3、将改性后的涤纶纤维进行清洗和烘干。

2.根据权利要求1所述的高催化活性纳米二氧化钛涤纶纤维改性的方法，其特征在于，所述步骤1具体按照以下步骤实施：

1）称取涤纶纤维和氢氧化钠，涤纶纤维与氢氧化钠的质量比为1：3～6；

2）将1）中称取的氢氧化钠倒入去离子水中，使氢氧化钠充分溶解于去离子水中配置成质量体积百分比浓度为5g/L～20g/L的氢氧化钠溶液；

3）将1）中称取的涤纶纤维投入2）中配置好的氢氧化钠溶液中，于90℃~100℃条件下，使涤纶纤维在氢氧化钠溶液刻蚀处理20min～40min；

4）将3）中刻蚀处理的涤纶织物取出，放入50℃~70℃的无水乙醇溶液中，用超声振荡清洗15min～30min，再用去离子水反复清洗，将清洗后的涤纶织物放置于70℃~90℃条件下烘干。

3.根据权利要求2所述的高光催化活性纳米二氧化钛涤纶纤维改性的方法，其特征在于，所述步骤1中所使用的超声波频率为40KHz，功率为100W。

4.根据权利要求1所述的高光催化活性纳米二氧化钛涤纶纤维改性的方法，其特征在于，所述步骤2具体按照以下步骤实施：

1）称取步骤1刻蚀处理后的涤纶纤维，称取硫酸钛，刻蚀处理后的涤纶纤维与硫酸钛的质量比为1：3～6，称取尿素，硫酸钛与尿素的质量比为2～3：1～5，按照硫酸钛质量的5%～10%称取金属盐；

2）称取去离子水，将1）中称取的硫酸钛溶解于去离子水中，硫酸钛与去离子水的质量比1：4～8；

3）按照2）中称取的去离子水质量的10%～20%称取聚乙二醇，先将聚乙二醇倒入去离子水中，配置成聚乙二醇溶液，在剧烈搅拌条件下，将1）中称取的硫酸钛、尿素和金属盐加入到聚乙二醇溶液中，得到混合溶液；

4）将步骤1中刻蚀处理后的涤纶纤维浸渍在3）中配置的混合溶液中5min～10min，然后将浸渍后的涤纶纤维与混合溶液一起转移至高温高压反应釜中，混合溶液体积占反应釜体积的60%～80%，密封高温高压反应釜后，将高温高压反应釜放置于120℃～160℃条件下反应1h～3h，待反应结束后取出改性处理后的涤纶纤维。

5.根据权利要求4所述的高光催化活性纳米二氧化钛涤纶纤维改性的方法，其特征在于，所述步骤2中的金属盐是硝酸银、硫酸镍、氯化镍、三氯化铁或硫酸铁中的一种。

6.根据权利要求1所述的高光催化活性纳米二氧化钛涤纶纤维改性的方法，其特征在于，所述步骤3具体按照以下步骤实施：

将步骤2得到的改性后的涤纶纤维分别浸泡30℃~50℃的丙酮和30℃~50℃的无水乙醇溶液中各洗涤10min～30min，然后用70℃~90℃的去离子水漂洗20min～40min，最后于70℃~90℃烘干或自然晾干，即完成了涤纶纤维表面铁离子掺杂锐钛矿相纳米二氧化钛包覆。

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