CN105951194A - 一种二氧化钛/聚丙烯腈微/纳米纤维膜的离心纺丝制备方法 - Google Patents
一种二氧化钛/聚丙烯腈微/纳米纤维膜的离心纺丝制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105951194A CN105951194A CN201610424908.4A CN201610424908A CN105951194A CN 105951194 A CN105951194 A CN 105951194A CN 201610424908 A CN201610424908 A CN 201610424908A CN 105951194 A CN105951194 A CN 105951194A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- centrifugal spinning
- spinning
- polyacrylonitrile
- titanium dioxide
- spinneret
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 122
- 238000009987 spinning Methods 0.000 title claims abstract description 101
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 title claims abstract description 81
- 239000002121 nanofiber Substances 0.000 title claims abstract description 45
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 title claims abstract description 44
- 239000003658 microfiber Substances 0.000 title claims abstract description 39
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 31
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 12
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 claims abstract description 10
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 29
- 239000000975 dye Substances 0.000 claims description 18
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 12
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 12
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 9
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 7
- 239000007921 spray Substances 0.000 claims description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 4
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 4
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 2
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 abstract description 6
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 abstract description 5
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 9
- RBTBFTRPCNLSDE-UHFFFAOYSA-N 3,7-bis(dimethylamino)phenothiazin-5-ium Chemical compound C1=CC(N(C)C)=CC2=[S+]C3=CC(N(C)C)=CC=C3N=C21 RBTBFTRPCNLSDE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000001045 blue dye Substances 0.000 description 8
- 229960000907 methylthioninium chloride Drugs 0.000 description 8
- 238000010041 electrostatic spinning Methods 0.000 description 6
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 5
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 3
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 2
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000004043 dyeing Methods 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 229950000845 politef Drugs 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 2
- NLHHRLWOUZZQLW-UHFFFAOYSA-N Acrylonitrile Chemical compound C=CC#N NLHHRLWOUZZQLW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 description 1
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 1
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 1
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 1
- 230000004308 accommodation Effects 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 description 1
- 239000002134 carbon nanofiber Substances 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000007306 functionalization reaction Methods 0.000 description 1
- 230000035800 maturation Effects 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 150000002825 nitriles Chemical class 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- SOQBVABWOPYFQZ-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);titanium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Ti+4] SOQBVABWOPYFQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 description 1
- 238000000053 physical method Methods 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 1
- 150000003254 radicals Chemical class 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000007634 remodeling Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 239000004753 textile Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
- D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
- D01D5/18—Formation of filaments, threads, or the like by means of rotating spinnerets
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
- D01F1/00—General methods for the manufacture of artificial filaments or the like
- D01F1/02—Addition of substances to the spinning solution or to the melt
- D01F1/10—Other agents for modifying properties
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
- D01F6/00—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof
- D01F6/44—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from mixtures of polymers obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds as major constituent with other polymers or low-molecular-weight compounds
- D01F6/54—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from mixtures of polymers obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds as major constituent with other polymers or low-molecular-weight compounds of polymers of unsaturated nitriles
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
- D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
- D04H1/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres
- D04H1/40—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties
- D04H1/42—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties characterised by the use of certain kinds of fibres insofar as this use has no preponderant influence on the consolidation of the fleece
- D04H1/4282—Addition polymers
- D04H1/43—Acrylonitrile series
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Textile Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Artificial Filaments (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明属于功能性纳米纤维制备技术领域，特别涉及一种二氧化钛/聚丙烯腈微/纳米纤维膜的离心纺丝制备方法。该方法包括如下步骤：（1）离心纺丝溶液的制备：将锐钛矿型的TiO2与聚丙烯腈（PAN）两者混合溶于N‑N二甲基甲酰胺（DMF）中，搅拌后得到分散均匀的离心纺丝溶液，其中PAN与TiO2的质量浓度分别为10‑12wt%和3‑5wt%；（2）离心纺丝：采用步骤（1）制得的离心纺丝溶液进行离心纺丝，得到具有染料降解性能的二氧化钛/聚丙烯腈（TiO2/PAN）微/纳米纤维膜。该二氧化钛/聚丙烯腈微/纳米纤维膜的离心纺丝制备方法可用于光催化领域。
Description
技术领域
本发明属于功能性纳米纤维制备技术领域，特别涉及一种二氧化钛/聚丙烯腈(TiO2/PAN)微/纳米纤维膜的离心纺丝制备方法。
背景技术
染整是纺织品实现新颖化、高档化、功能化、提高附加值和国际竞争力的关键环节，但也是一个高能耗、高排放、高污染的环节。浙江省集群发展、规模巨大的染整业在为浙江经济发展做出巨大贡献的同时，也对浙江省的资源和环境造成了不可忽视的负面影响。随着印染业的发展,染料及染料溶剂等有机污染物已成为一类主要的环境污染物，传统的染料污水处理方法只是采用物理方法将有机物转移,而染料分子本身并没有分解,因此这些降解方式并不能实现真正意义上的去除。相比之下，光催化技术可利用太阳能降解有机物，无二次污染，反应条件温和，在各种处理技术中具有节能、环保的特点。
TiO2作为一种半导体光催化剂，通过对它施加一个外加能源(光、电等)可以实现其外层电子轨道电子从受束缚的价带跃迁到可以自由移动的导带,同时在价带留下一个具有氧化作用的空穴,通过这种光生电子和光生空穴的作用可以实现对系统中有害有机物的降解,因此其作为一种有机物降解用催化剂在降解过程中损失量较小,应用成本低；又因为其利用能量为光或低压电等耗能能源,因此对于TiO2做有机物降解催化剂的研究越来越成为受到人们的关注。而将TiO2负载到纳米纤维上是目前主要应用的催化模式。
聚丙烯腈(PAN)是一种稳定性和机械性能很好的聚合物。PAN纳米纤维可以应用与很多领域，包括组织工程、传感、复合、电池隔板和碳纳米纤维的前驱体等。目前对微/纳米纤维的制备主要集中在使用静电纺丝的方法，静电纺丝存在着以下几个固有缺陷限制了该方法商业大规模使用：(1)制备过程中需要施加高压电场；(2)生产效率低；(3)溶液需要一定比例的溶剂使溶液具有一定的传导率而产生的污染。因此在成本、规模、可控性研究方面离实用化及应用需求还有很大距离。
离心纺丝克服了静电纺丝微/纳米纤维的制备方法所遇到的限制，并且能够以高速和低成本产生微/纳米纤维。该设计不需施加高压电场、能够制备不受传导率约束的聚合物微/纳米纤维，且其生产效率有大幅提高。离心纺丝设备结构简单，主要由电机、纺丝头、收集棒等构成。纺丝头装在电机轴上，里面装有聚合物溶液，纺丝头上有喷丝孔。工作时，电机通电旋转纺丝头，使纺丝头高速旋转，聚合物溶液在喷丝孔处由于离心力作用喷射在收集棒和喷丝孔之间运动到收集棒上形成有序的微/纳米纤维。聚合物溶液在喷丝孔处形成纳米纤维主要经历三个阶段：①聚合物溶液需有一定的粘度，旋转时到达喷丝孔处形成泰勒锥；②聚合物溶液同时受到表面张力和离心力作用，当离心力大于表面张力时，聚合物拉伸形成细小的微/纳米级纤维；③纤维在离心力的作用下在喷丝孔和收集棒之间旋转，在这个过程中聚合物溶液中的溶剂挥发，得到纤维旋转到收集棒上。
发明内容
本发明提供一种具有染料降解性能的二氧化钛/聚丙烯腈(TiO2/PAN)微/纳米纤维膜的离心纺丝制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种二氧化钛/聚丙烯腈微/纳米纤维膜的离心纺丝制备方法，该方法包括如下步骤：
(1)离心纺丝溶液的制备：将锐钛矿型的TiO2与聚丙烯腈(PAN)两者混合溶于N-N二甲基甲酰胺(DMF)中，搅拌后得到分散均匀的离心纺丝溶液，其中PAN与TiO2的质量浓度分别为10-12wt％和3-5wt％；
(2)离心纺丝：采用步骤(1)制得的离心纺丝溶液进行离心纺丝，得到具有染料降解性能的二氧化钛/聚丙烯腈(TiO2/PAN)微/纳米纤维膜。
本发明制备方法简单，所制备的二氧化钛/聚丙烯腈微/纳米纤维膜的染料降解性能良好。纳米TiO2是N型半导体，能带和导带之间的带隙能为3.2eV，其能量相当于波长为387.5nm的紫外光，当被该紫外光照射时，处于能带上的电子被激发到导带上，生成高活性的电子e-，在能带上产生带正电荷的空穴h+。TiO2与水接触，水分子和被溶解的氧与产生的h+、e-作用，生成强氧化性的·OH、·O2 -，并通过·OH、h+、和·O2 -等逐步将有机物降解为CO2和H2O等无机物。
其中二氧化钛有3种晶型，分别为锐钛矿型、金红石型和板钛矿型。一般认为锐钛矿型TiO2催化剂的光催化活性好，而板钛矿型TiO2和金红石型TiO2无催化活性。产生这一现象的原因是：金红石型TiO2禁带宽度为3.0eV,导带电位为0.3V，而O2/O2 -的标准电极电位是0.33V，因此导带电子不可能通过TiO2表面O2的捕获从而加速导带电子与价带空穴·OH自由基的复合以至于降低催化活性。而锐钛矿型TiO2禁带宽度为3.2eV导带电位0.5V，O2很容易得到导带电子使导带电子和价带空穴有效分离从而提高催化活性。
目前，TiO2粉体的制备工艺已较为成熟并进入产业化批量生产阶段，但由于以下缺点限制了光催化性能在工程上的应用：(1)纳米TiO2只能被λ<387.5nm的紫外光辐射激发，这种紫外辐射线在太阳能射线中仅占4％～6％，使用太阳能的利用率低；(2)纳米TiO2光生电子-空穴对的复合率较高，导致光催化剂的活性较低；(3)纳米TiO2在光催化时为了与被降解物充分接触，一般与废水组成悬浮液，但分离困难，限制了实际应用。因此，二氧化钛的负载化是扩大其实用范围的关键所在,其中将其负载到纳米纤维上是一种有效的方法。
作为优选，步骤(1)所述离心纺丝溶液具体制备方法如下：将聚丙烯腈与二氧化钛置于样品瓶中，向样品瓶内加入N-N二甲基甲酰胺，将样品瓶用生料带密封，加热到60-65℃搅拌24小时以上，得到离心纺丝溶液。
作为优选，二氧化钛的晶型为锐钛矿型，粒径为80-120nm。
作为优选，聚丙烯腈(PAN)摩尔质量MW＝150000g/mol，其链状结构式为：
作为优选，离心纺丝采用的离心纺丝装置包括电机、纺丝头和收集棒，纺丝头安装在电机的转轴顶部并由电机带动转动，纺丝头内具有容纳纺丝液的空腔，纺丝头顶部设有注液口，纺丝头侧壁设有与所述空腔连通的喷丝孔，收集棒围绕纺丝头一圈设置。离心纺丝时，纺丝头由电机带动转动，纺丝液从纺丝头的喷丝孔中喷出，在喷丝孔与收集棒之间运动得到拉伸，同时溶剂挥发，形成纤维，通过收集棒接收得到纤维膜。电机转速一般为5000-15000rpm/min。作为优选，纺丝头与收集棒之间距离控制在10cm±2cm，喷丝孔的直径为0.4mm-0.6mm。作为优选，收集棒以纺丝头为轴呈中心对称分布，收集棒的个数为6-12个。作为优选，纺丝头由纺丝外壳和圆形密封圈组成，纺丝外壳为底部开口的圆筒状结构，纺丝外壳的底端向外延伸形成环形沿，环形沿的中部设置台阶，所述圆形密封圈与该台阶配合使纺丝外壳的开口密封，且圆形密封圈的底部与环形沿的底部平面平齐。作为优选，纺丝头由聚四氟乙烯制成。作为优选，纺丝头与收集棒顶端的高度差是1-2cm。作为优选，喷丝孔位于纺丝头底面距离顶面2/3处的位置，且在同一平面上对称设置6-8个。作为优选，在环形沿上沿水平方向设置一对叶片。纺丝时形成向上的气流使纺出的纤维收集在收集棒上半部分而不沉积到底部。
作为优选，离心纺丝时，将纺丝转速调至8000rpm/min，纺丝液从纺丝头的喷丝孔中喷出形成纤维，通过收集棒接收得到纤维膜。
一种二氧化钛/聚丙烯腈微/纳米纤维膜，该二氧化钛/聚丙烯腈微/纳米纤维膜采用前述的方法制得。
一种所述的二氧化钛/聚丙烯腈微/纳米纤维膜在染料降解方面的应用。经发明人多次试验验证，本发明制得的二氧化钛/聚丙烯腈微/纳米纤维膜在染料降解实用性较TiO2粉末有明显提高。最优为TiO2含量为4wt％的TiO2/PAN微/纳米纤维膜。
本发明的二氧化钛/聚丙烯腈微/纳米纤维膜，首先，将锐钛矿型的TiO2与聚丙烯腈(PAN)两者混合溶于N-N二甲基甲酰胺(DMF)中，搅拌后得到分散均匀的离心纺丝溶液；最后，将离心纺丝溶液进行离心纺丝得到。该二氧化钛/聚丙烯腈微/纳米纤维膜的离心纺丝制备方法可用于光催化领域，具有如下特点：
1、本发明制备方法简便，反应条件容易实现和控制；
2、可以通过调节二氧化钛的加入量，控制二氧化钛/聚丙烯腈(TiO2/PAN)微/纳米纤维膜染料降解性能；
3、制备的二氧化钛/聚丙烯腈(TiO2/PAN)微/纳米纤维膜的染料降解实用性较TiO2粉末有明显提高；
4、采用离心纺丝的方法制备微/纳米纤维效率更高，具有较好的拓展空间。
附图说明
图1是本发明离心纺丝装置的结构示意图；
图2是二氧化钛/聚丙烯腈(TiO2/PAN)微/纳米纤维膜对亚甲基蓝染料降解的吸光度随时间变化图；
图3是二氧化钛/聚丙烯腈(TiO2/PAN)微/纳米纤维膜对亚甲基蓝染料降解的浓度随时间变化图；
图4是亚甲基蓝染液经TiO2/PAN微/纳米纤维降解6h后染液浓度与TiO2含量关系图；
图5是图1中纺丝头的结构示意图；
标号说明：1电机；2纺丝头；3收集棒；4叶片；5纤维；6注液口；7喷丝孔；8纺丝外壳；9圆形密封圈；10环形沿；11台阶。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。应当理解，本发明的实施并不局限于下面的实施例，对本发明所做的任何形式上的变通和/或改变都将落入本发明保护范围。
在本发明中，若非特指，所有的份、百分比均为重量单位，所采用的设备和原料等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。
实施例1
一种二氧化钛/聚丙烯腈微/纳米纤维膜的离心纺丝制备方法，具体步骤如下：
(1)用分析天平准确称取1.1g聚丙烯腈(PAN)(其中PAN的摩尔质量M＝150000g/mol)和0.02g二氧化钛(TiO2)置于20ml样品瓶中，滴加8.7g N-N二甲基甲酰胺(DMF)，样品瓶用生料带密封，加热到60℃，搅拌24小时，最终制得TiO2、PAN分散均匀的离心纺丝溶液。
(2)采用图1和图5所示离心纺丝装置进行离心纺丝，设置转速为8000rpm/min，收集棒距离为12cm，喷丝孔直径为0.4mm，取5ml纺丝溶液样品于纺丝头中，开启电机，通过收集棒得到TiO2/PAN微/纳米纤维膜。
离心纺丝采用的离心纺丝装置如图1和图5所示，包括电机1、纺丝头2和收集棒3，纺丝头安装在电机的转轴顶部并由电机带动转动，纺丝头内具有容纳纺丝液的空腔，纺丝头顶部设有注液口6，纺丝头侧壁设有与所述空腔连通的喷丝孔7，收集棒围绕纺丝头一圈设置。
纺丝头与收集棒之间距离控制在10cm±2cm，喷丝孔的直径本实施例中为0.4mm，实际生产中可调节至0.5或0.6mm。为保证更好的收集纤维膜，纺丝头与收集棒顶端的高度差是1-2cm。收集棒以纺丝头为轴呈中心对称分布，收集棒的个数为8个。
纺丝头由聚四氟乙烯制成。纺丝头由纺丝外壳8和圆形密封圈9组成，纺丝外壳为底部开口的圆筒状结构，纺丝外壳的底端向外延伸形成环形沿10，环形沿的中部设置台阶11，所述圆形密封圈与该台阶配合使纺丝外壳的开口密封，且圆形密封圈的底部与环形沿的底部平面平齐。喷丝孔位于纺丝头底面距离顶面大概2/3处的位置，且在同一平面上对称设置8个。
在环形沿上沿水平方向还设置一对叶片4。纺丝时形成向上的气流使纺出的纤维收集在收集棒上半部分而不沉积到底部。
离心纺丝时，纺丝头由电机带动转动，纺丝液从纺丝头的喷丝孔中喷出，在喷丝孔与收集棒之间运动得到拉伸，同时溶剂挥发，形成纤维，通过收集棒接收得到纤维膜。电机转速一般为5000-15000rpm/min。
与静电纺丝相比，离心纺丝设备简单、成本低，能比静电纺丝纺更高的纺丝液浓度，采用本离心纺丝装置，使用时更加安全，效率高；单喷嘴的静电纺丝装置的产率为1-100mg/小时，离心纺丝的产率比静电纺丝至少可以提高两个数量级。
实施例2：
一种二氧化钛/聚丙烯腈微/纳米纤维膜的离心纺丝制备方法，具体步骤同实施例1，不同之处为：(1)用分析天平准确称取1.1g聚丙烯腈(PAN)(其中PAN的摩尔质量M＝150000g/mol)和0.04g二氧化钛(TiO2)置于20ml样品瓶中，滴加8.5g N-N二甲基甲酰胺(DMF)，样品瓶用生料带密封，加热到60℃，搅拌24小时，最终制得TiO2、PAN分散均匀的离心纺丝溶液。
(2)采用图1所示离心纺丝装置进行离心纺丝，设置转速为8000rpm/min，收集棒距离为12cm，喷丝孔直径为0.4mm，取5ml纺丝溶液样品于纺丝头中，开启电机，通过收集棒得到TiO2/PAN微/纳米纤维膜。
实施例3：
一种二氧化钛/聚丙烯腈微/纳米纤维膜的离心纺丝制备方法，具体步骤同实施例1，不同之处为：(1)用分析天平准确称取1.1g聚丙烯腈(PAN)(其中PAN的摩尔质量M＝150000g/mol)和0.06g二氧化钛(TiO2)置于20ml样品瓶中，滴加8.3g N-N二甲基甲酰胺(DMF)，样品瓶用生料带密封，加热到60℃，搅拌24小时，最终制得TiO2、PAN分散均匀的离心纺丝溶液。
(2)采用图1所示离心纺丝装置进行离心纺丝，设置转速为8000rpm/min，收集棒距离为12cm，喷丝孔直径为0.4mm，取5ml纺丝溶液样品于纺丝头中，开启电机，通过收集棒得到TiO2/PAN微/纳米纤维膜。
实施例4：
一种二氧化钛/聚丙烯腈微/纳米纤维膜的离心纺丝制备方法，具体步骤同实施例1，不同之处为：(1)用分析天平准确称取1.1g聚丙烯腈(PAN)(其中PAN的摩尔质量M＝150000g/mol)和0.08g二氧化钛(TiO2)置于20ml样品瓶中，滴加8.1g N-N二甲基甲酰胺(DMF)，样品瓶用生料带密封，加热到60℃，搅拌24小时，最终制得TiO2、PAN分散均匀的离心纺丝溶液。
(2)采用图1所示离心纺丝装置进行离心纺丝，设置转速为8000rpm/min，收集棒距离为12cm，喷丝孔直径为0.4mm，取5ml纺丝溶液样品于纺丝头中，开启电机，通过收集棒得到TiO2/PAN微/纳米纤维膜。
实施例5：二氧化钛/聚丙烯腈TiO2/PAN微/纳米纤维膜的染料降解性能测试
(1)分别从实施例1、实施例2、实施例3、实施例4中制备的纤维膜真空烘干后，在紫外光照射条件下，取相同大小的一块置于亚甲基蓝染液中。
(2)用紫外分光光度计测量经过TiO2/PAN纤维处理后亚甲基蓝染液的吸光度变化，测试结果见图2，染液浓度随时间变化图见图3，降解6h后染液浓度与TiO2含量关系图见图4。
结果显示：随着TiO2含量的增加，亚甲基蓝染液的浓度变化速率先增大后减小，当TiO2含量为4wt.％时，亚甲基蓝染液的浓度变化速率最大，即TiO2含量为4wt.％的TiO2/PAN微/纳米纤维膜对亚甲基蓝染料降解的效率较高，表现出更好的染料降解性能。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。
Claims (8)
1.一种二氧化钛/聚丙烯腈微/纳米纤维膜的离心纺丝制备方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
(1)离心纺丝溶液的制备：将锐钛矿型的TiO2与聚丙烯腈(PAN)两者混合溶于N-N二甲基甲酰胺(DMF)中，搅拌后得到分散均匀的离心纺丝溶液，其中PAN与TiO2的质量浓度分别为10-12wt％和3-5wt％；
(2)离心纺丝：采用步骤(1)制得的离心纺丝溶液进行离心纺丝，得到具有染料降解性能的二氧化钛/聚丙烯腈(TiO2/PAN)微/纳米纤维膜。
2.根据权利要求1所述的离心纺丝制备方法，其特征在于：步骤(1)所述离心纺丝溶液具体制备方法如下：将聚丙烯腈与二氧化钛置于样品瓶中，向样品瓶内加入N-N二甲基甲酰胺，将样品瓶用生料带密封，加热到60-65℃搅拌24小时以上，得到离心纺丝溶液。
3.根据权利要求1所述的离心纺丝制备方法，其特征在于：二氧化钛的粒径为80-120nm。
4.根据权利要求1所述的离心纺丝制备方法，其特征在于：聚丙烯腈(PAN)摩尔质量MW＝150000g/mol，其链状结构式为：
5.根据权利要求1所述的离心纺丝制备方法，其特征在于：离心纺丝采用的离心纺丝装置包括电机、纺丝头和收集棒，纺丝头安装在电机的转轴顶部并由电机带动转动，纺丝头内具有容纳纺丝液的空腔，纺丝头顶部设有注液口，纺丝头侧壁设有与所述空腔连通的喷丝孔，收集棒围绕纺丝头一圈设置。
6.根据权利要求5所述的离心纺丝制备方法，其特征在于：离心纺丝时，将纺丝转速调至8000rpm/min，纺丝液从纺丝头的喷丝孔中喷出形成纤维，通过收集棒接收得到纤维膜。
7.一种二氧化钛/聚丙烯腈微/纳米纤维膜，其特征在于该二氧化钛/聚丙烯腈微/纳米纤维膜采用权利要求1所述的方法制得。
8.一种权利要求7所述的二氧化钛/聚丙烯腈微/纳米纤维膜在染料降解方面的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610424908.4A CN105951194B (zh) | 2016-06-16 | 2016-06-16 | 一种二氧化钛/聚丙烯腈微/纳米纤维膜的离心纺丝制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610424908.4A CN105951194B (zh) | 2016-06-16 | 2016-06-16 | 一种二氧化钛/聚丙烯腈微/纳米纤维膜的离心纺丝制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105951194A true CN105951194A (zh) | 2016-09-21 |
| CN105951194B CN105951194B (zh) | 2018-12-14 |
Family
ID=56905677
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201610424908.4A Active CN105951194B (zh) | 2016-06-16 | 2016-06-16 | 一种二氧化钛/聚丙烯腈微/纳米纤维膜的离心纺丝制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105951194B (zh) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107754493A (zh) * | 2017-11-01 | 2018-03-06 | 陕西科技大学 | 一种具有光催化性的透明pm2.5过滤膜及其制备方法 |
| CN108251970A (zh) * | 2018-01-23 | 2018-07-06 | 苏州大学 | TiO2/PAN纳米纤维膜的制备方法 |
| CN108704488A (zh) * | 2018-04-11 | 2018-10-26 | 杭州牛墨科技有限公司 | 一种用于海水淡化石墨烯纤维滤膜及其制备方法 |
| CN108823790A (zh) * | 2018-07-01 | 2018-11-16 | 浙江理工大学 | 离心纺丝多孔微/纳米纤维膜及其制备方法 |
| CN110158158A (zh) * | 2019-04-29 | 2019-08-23 | 浙江七色彩虹印染有限公司 | 聚偏氟乙烯功能复合纤维膜及其应用 |
| CN112275325A (zh) * | 2020-09-28 | 2021-01-29 | 长春工业大学 | 用于光催化的硫化镉/二氧化钛/聚丙烯腈复合纳米材料的制备 |
| CN112813531A (zh) * | 2021-01-04 | 2021-05-18 | 周菊青 | 一种二氧化钛纳米花改性聚丙烯腈纳米纤维脱硫剂及制法 |
| CN113289668A (zh) * | 2021-06-29 | 2021-08-24 | 中国地质大学（北京） | 一种氮氟共掺杂的缺氧型氧化钛纳米纤维的制备方法 |
| CN113289667A (zh) * | 2021-06-29 | 2021-08-24 | 中国地质大学（北京） | 一种碳纳米管负载的氧化钛光催化剂的制备方法 |
| CN114164511A (zh) * | 2021-03-23 | 2022-03-11 | 耐酷时(北京)科技有限公司 | 一种多孔二氧化钛混合聚丙烯腈纤维的制备方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07207524A (ja) * | 1994-01-12 | 1995-08-08 | Kanebo Ltd | 耐光性に優れたアクリル系合成繊維 |
| CN1858309A (zh) * | 2006-01-10 | 2006-11-08 | 上海千泰高科技发展有限公司 | 一种干法腈纶纺丝消光用钛白粉及其制备方法 |
| CN101428209A (zh) * | 2007-11-08 | 2009-05-13 | 北京化工大学 | 纳米纤维负载二氧化钛光催化剂及其制备方法 |
| CN105200539A (zh) * | 2015-09-29 | 2015-12-30 | 东华大学 | 一种静电纺丝方法及其制备的纳米纤维/纺粘无纺布复合过滤材料 |
-
2016
- 2016-06-16 CN CN201610424908.4A patent/CN105951194B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07207524A (ja) * | 1994-01-12 | 1995-08-08 | Kanebo Ltd | 耐光性に優れたアクリル系合成繊維 |
| CN1858309A (zh) * | 2006-01-10 | 2006-11-08 | 上海千泰高科技发展有限公司 | 一种干法腈纶纺丝消光用钛白粉及其制备方法 |
| CN101428209A (zh) * | 2007-11-08 | 2009-05-13 | 北京化工大学 | 纳米纤维负载二氧化钛光催化剂及其制备方法 |
| CN105200539A (zh) * | 2015-09-29 | 2015-12-30 | 东华大学 | 一种静电纺丝方法及其制备的纳米纤维/纺粘无纺布复合过滤材料 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| JI SUN IM ET AL: "Preparation of PAN-based electrospun nanofiber webs containing TiO2 for photocatalytic degradation", 《MATERIALS LETTERS》 * |
| MELTEM YANILMAZ ET AL: "SiO2/polyacrylonitrile membranes via centrifugal spinning as a separator for Li-ion batteries", 《JOURNAL OF POWER SOURCES》 * |
| 郭丰年等: "《实用袋滤除尘技术》", 31 January 2015, 冶金工业出版社 * |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107754493A (zh) * | 2017-11-01 | 2018-03-06 | 陕西科技大学 | 一种具有光催化性的透明pm2.5过滤膜及其制备方法 |
| CN107754493B (zh) * | 2017-11-01 | 2020-09-29 | 陕西科技大学 | 一种具有光催化性的透明pm2.5过滤膜及其制备方法 |
| CN108251970A (zh) * | 2018-01-23 | 2018-07-06 | 苏州大学 | TiO2/PAN纳米纤维膜的制备方法 |
| CN108704488A (zh) * | 2018-04-11 | 2018-10-26 | 杭州牛墨科技有限公司 | 一种用于海水淡化石墨烯纤维滤膜及其制备方法 |
| CN108823790A (zh) * | 2018-07-01 | 2018-11-16 | 浙江理工大学 | 离心纺丝多孔微/纳米纤维膜及其制备方法 |
| CN110158158A (zh) * | 2019-04-29 | 2019-08-23 | 浙江七色彩虹印染有限公司 | 聚偏氟乙烯功能复合纤维膜及其应用 |
| CN112275325A (zh) * | 2020-09-28 | 2021-01-29 | 长春工业大学 | 用于光催化的硫化镉/二氧化钛/聚丙烯腈复合纳米材料的制备 |
| CN112813531A (zh) * | 2021-01-04 | 2021-05-18 | 周菊青 | 一种二氧化钛纳米花改性聚丙烯腈纳米纤维脱硫剂及制法 |
| CN114164511A (zh) * | 2021-03-23 | 2022-03-11 | 耐酷时(北京)科技有限公司 | 一种多孔二氧化钛混合聚丙烯腈纤维的制备方法 |
| CN114164511B (zh) * | 2021-03-23 | 2024-02-09 | 耐酷时(北京)科技有限公司 | 一种多孔二氧化钛混合聚丙烯腈纤维的制备方法 |
| CN113289668A (zh) * | 2021-06-29 | 2021-08-24 | 中国地质大学（北京） | 一种氮氟共掺杂的缺氧型氧化钛纳米纤维的制备方法 |
| CN113289667A (zh) * | 2021-06-29 | 2021-08-24 | 中国地质大学（北京） | 一种碳纳米管负载的氧化钛光催化剂的制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105951194B (zh) | 2018-12-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105951194A (zh) | 一种二氧化钛/聚丙烯腈微/纳米纤维膜的离心纺丝制备方法 | |
| CN106521808B (zh) | 一种二氧化钛/聚偏氟乙烯微/纳米纤维膜及其离心纺丝制备方法 | |
| CN108823790A (zh) | 离心纺丝多孔微/纳米纤维膜及其制备方法 | |
| Zou et al. | Lanthanum orthovanadate/bismuth oxybromide heterojunction for enhanced photocatalytic air purification and mechanism exploration | |
| CN105543990B (zh) | 一种微米或纳米纤维膜的离心纺丝制备方法 | |
| CN105664922B (zh) | 碳修饰TiO2/WO3复合纳米纤维光催化剂、制备方法及应用 | |
| CN102926030B (zh) | 一种含TiO2/WO3异质结纳米纤维的制备方法 | |
| Sedghi et al. | A one step electrospinning process for the preparation of polyaniline modified TiO2/polyacrylonitile nanocomposite with enhanced photocatalytic activity | |
| Zhu et al. | Three-dimensional bismuth oxide/red phosphorus heterojunction composite with enhanced photoreduction activity | |
| CN103741263B (zh) | 一种高比表面多孔TiO2纳米纤维的制备方法 | |
| CN106466599B (zh) | 一种核壳结构的三氧化钨纳米纤维的制备方法 | |
| CN108251970A (zh) | TiO2/PAN纳米纤维膜的制备方法 | |
| CN107974734A (zh) | 一种Fe/N掺杂的多孔碳纤维的制备方法 | |
| CN108380233A (zh) | 磷掺杂氮化碳/氮化碳同型异质结光催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN102358964A (zh) | 一种钛钨复合氧化物纳米纤维的制备方法 | |
| CN101618342B (zh) | 聚合物修饰的高活性纳米二氧化钛催化剂及其制备方法 | |
| CN105536841B (zh) | Ag@SiO2核壳结构修饰改性g‑C3N4光催化纤维制备方法 | |
| CN106268889A (zh) | 一种三维光催化复合纤维材料及其制备方法 | |
| CN104860350B (zh) | TiO2核-壳结构亚微米球的溶剂热合成方法 | |
| CN107159192A (zh) | 一种贵金属/TiO2混晶纳米棒组装的多级结构及其制备方法 | |
| CN105771986A (zh) | Au修饰TiO2/WO3异质结纳米纤维光催化剂、制备方法及应用 | |
| Zhou et al. | The preparation of continuous CeO 2/CuO/Al 2 O 3 ultrafine fibers by electro-blowing spinning (EBS) and its photocatalytic activity | |
| Lan et al. | Pickering emulsion-embedded hierarchical solid-liquid hydrogel spheres for static and flow photocatalysis | |
| CN105879896B (zh) | Cu3B2O6/g‑C3N4异质结光催化剂的制备方法及其降解亚甲基蓝染料废水的方法 | |
| Wu et al. | Study on the performance of vanadium doped NaNbO3 photocatalyst degradation antibiotics |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20200724 Address after: No. m2-65, sweater Industrial Park, Puyuan Town, Tongxiang City, Jiaxing City, Zhejiang Province Patentee after: Bosen Textile Technology Co.,Ltd. Address before: 310000 building 18, Zhejiang Sci-Tech University, Xiasha Avenue, Hangzhou 2, Zhejiang Patentee before: ZHEJIANG SCI-TECH University |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Preparation of titania / polyacrylonitrile micro / nano fiber membrane by centrifugal spinning Effective date of registration: 20201230 Granted publication date: 20181214 Pledgee: Agricultural Bank of China Limited by Share Ltd. Tongxiang branch Pledgor: Bosen Textile Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2020330001347 |
|
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20231027 Granted publication date: 20181214 Pledgee: Agricultural Bank of China Limited by Share Ltd. Tongxiang branch Pledgor: Bosen Textile Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2020330001347 |
|
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A centrifugal spinning method for preparing titanium dioxide/polyacrylonitrile micro/nanofiber membranes Effective date of registration: 20231107 Granted publication date: 20181214 Pledgee: Agricultural Bank of China Limited by Share Ltd. Tongxiang branch Pledgor: Bosen Textile Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2023330002537 |
|
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Granted publication date: 20181214 Pledgee: Agricultural Bank of China Limited by Share Ltd. Tongxiang branch Pledgor: Bosen Textile Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2023330002537 |
|
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A centrifugal spinning method for preparing titanium dioxide/polyacrylonitrile micro/nanofiber membrane Granted publication date: 20181214 Pledgee: Agricultural Bank of China Limited by Share Ltd. Tongxiang branch Pledgor: Bosen Textile Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2024330001818 |