CN106622388A - 一种复合纤维材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种复合纤维材料，它包括一有机纤维载体和嵌设在该有机纤维载体中的多个功能纳米粒子。本发明还提供一种复合纤维材料的制备方法包括以下步骤：(1)加热多个功能纳米粒子；(2)通过热气流将加热后的多个功能纳米粒子喷射到一有机纤维载体上，并使所述有机纤维载体与所述多个功能纳米粒子接触的部位熔融，而将所述多个功能纳米粒子嵌设在所述有机纤维载体上。本发明采用有机纤维载体作为载体，而实现将功能纳米粒子进行有效的负载。该种负载复合方式，可实现功能纳米粒子高量负载。同时将功能纳米粒子拓展到柔性纤维载体可应用的所有场景。该复合纤维材料可应用于污水净化处理、空气净化处理或抗菌杀毒处理等领域。
Description
技术领域
本发明属于纤维材料领域，尤其涉及一种复合纤维材料及其制备方法和应用。
背景技术
目前国内外市场上采用的传统水污染处理方法为物理法、化学法、生物法，其各有弊端，且成本高、能耗大，甚至产生二次污染，且单纯经过净化的水体仍为“死体”，只有恢复水体平衡的生态系统才能使水环境真正“复活”。传统的治理方法不能从根本上解决水质问题，所以即使投入大量人力、物力、财力的情况下收到的效果仍甚微，因而亟需能彻底解决河道水污染治理的突破性技术。
光催化材料应运而生，它是最有前途的新型环保材料之一，其利用太阳能可有效降解有机污染物，主要应用于环境保护，这种新的污染治理技术具有操作简单、无二次污染、效率高、能耗低等优点，可产生极大的社会与经济效益。传统的光催化剂主要包括纳米材料，比如纳米二氧化钛；然而，采用这些光催化剂纳米材料处理污水多年来只局限于实验室科学研究，因为具有高活性的纳米级材料极易团聚且难以回收，所以需要将其负载于载体之上进行应用。而其负载技术遇到了难以突破的瓶颈：用无机载体则使其活性降低，而有机载体在使用中易被光腐蚀。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种复合纤维材料及其制备方法和应用，以解决上述问题。
一种复合纤维材料，其包括一有机纤维载体和嵌设在该有机纤维载体中的多个功能纳米粒子。其中，所述“嵌设”是指所述功能纳米粒子部分埋入或夹持于所述有机纤维载体中，而所述功能纳米粒子的部分表面暴露。
所述功能纳米粒子包括二氧化钛、二氧化硅、磷灰石或纳米马达。所述纳米马达具有一核壳结构，其包括多孔材料形成的外壳、光催化剂形成的内核以及外壳与内核之间的纳米空腔。所述功能纳米粒子的粒径不做限定，优选的，为10纳米～1微米。
所述多孔材料的材料种类不限，只要所述多孔材料具有多个孔即可。所述多孔材料可为多孔二氧化硅、玻璃多孔材料、铝磷酸盐多孔材料等。
所述多孔材料设置有多个孔，所述孔的孔径小于所述光催化剂的粒径。所述孔作为所述多孔材料的纳米空腔与外界连接的通道。优选地，所述孔的孔径大于0且小于10nm。
所述光催化剂的材料选自TiO2、ZnO、WO3、Fe3O4、Bi2O3、BiOBr、BiOI、SnO2、Cu2O、Nb2O5、Ta2O5、CdS、CdSe、CdTe、GaN、Ta3N5、TaON、C3N4、CdS、ZnS、PbS、MoS2、CuInS2、AgInS2、CdS、ZnIn2S4、GaP、SiC、LaTiON、Sm2Ti2S2O5、钛酸盐、锗酸盐、铌酸盐、钒酸盐、镓酸盐、钽酸盐、锑酸盐、铋酸盐、NiOx/In1-xNix、TaO4、Ag2O、AgCl、AgBr、AgI、AgInZn7S9、β-AgAlO2、β-AgGaO2、β-AgInO2、α-AgAlO2、α-AgGaO2、α-AgInO2、Ag3PO4、AgCrO2、Ag2CrO4、AgAlO2、AgNbO3、InVO4、InNbO4、InTaO4、BiNbO4、BiTaO4、(ZnO)x(GaN)1-x、NaNbO3-AgNbO3、BiTa1-xNbxO4、Sr2NbxTa2-xO7、Sr1-xCaxIn2O4、Ba1-xSrxSnO3、Ca1-xBixVxMo1-xO4、(AgNbO3)1-x(SrTiO3)x、KCa2Nb3O10、Ba5Ta4O15和HCa2Nb3O10中的一种、多种的相互掺杂、过渡金属阳离子掺杂或阴离子掺杂。
所述纳米马达还包括位于所述纳米空腔内的助催化剂。所述助催化剂包括过渡金属纳米粒子、金属氧化物纳米粒子和上转换材料纳米粒子。所述多个助催化剂设置在所述光催化剂的外表面并位于所述多孔材料与所述光催化剂之间的纳米空腔内。所述多个助催化剂在所述纳米空腔中相互间隔设置。即，所述多个助催化剂在所述纳米空腔中彼此分散设置，具有三维结构和高结晶度。
所述助催化剂的形态可为颗粒状或者枝状。其中，颗粒结晶状的助催化剂是由多个助催化剂纳米粒子堆积形成的立体块状结构。枝状的助催化剂是由多个助催化剂纳米粒子堆积形成的树枝状结构。
所述过渡金属纳米粒子包括铂金属纳米粒子、金金属纳米粒子、钯金属纳米粒子或银纳米粒子，所述金属氧化物纳米粒子包括氧化锌纳米粒子或氧化亚铜纳米粒子，所述上转换材料纳米粒子包括镱铒双掺杂NaYF4纳米粒子、铥掺杂NaGdF4纳米粒子或钬掺杂NaGdF4纳米粒子。
所述有机纤维载体为一维结构、二维结构或三维结构。
所述有机纤维载体由柔性纤维材料组成。所述柔性纤维材料包括人造纤维材料或合成纤维材料。其中，所述合成纤维材料包括聚酯纤维材料、聚酰胺纤维、聚乙烯醇纤维、聚丙烯腈纤维、聚丙烯纤维、聚氯乙烯纤维、聚乳酸纤维材料或聚乙烯纤维材料等。
本发明还提供一种上述复合纤维材料的制备方法，其包括以下步骤：
(1)加热多个功能纳米粒子；
(2)通过热气流将加热后的多个功能纳米粒子喷射到一有机纤维载体上，并使所述有机纤维载体与所述多个功能纳米粒子接触的部位熔融，而将所述多个功能纳米粒子嵌设在所述有机纤维载体上。
步骤(1)中将所述多个功能纳米粒子加热到100℃-250℃。
当所述纳米马达包括多孔材料形成的外壳、光催化剂形成的内核、外壳与内核之间的纳米空腔、以及位于所述纳米空腔内的助催化剂时，该纳米马达通过以下制备方法得到：
提供一核壳结构，所述核壳结构包括多孔材料形成的外壳、光催化剂形成的内核以及外壳与内核之间的纳米空腔；
提供一助催化剂前驱液，所述助催化剂前驱液包括助催化剂前驱体；
将所述核壳结构置于所述助催化剂前驱液中，使所述助催化剂前驱液进入所述核壳结构的纳米空腔内，得到胶囊混合液；以及
通过光照射所述胶囊混合液，使所述助催化剂前驱体发生反应而在所述纳米空腔形成多个助催化剂，所述助催化剂包括过渡金属纳米粒子、金属氧化物纳米粒子和上转换材料纳米粒子。
所述助催化剂前驱液的制备方法包括以下步骤：将助催化剂前驱体与一有机溶剂混合得到助催化剂前驱液。所述有机溶剂包括甲醇、乙醇、丙醇、丙三醇、乙烯醇或正丁烷等。其中，在采用紫外光照射所述助催化剂前驱液前，还可以包括采用氮气或惰性气体曝气法来去除所述助催化剂前驱液中的氧气的步骤。所述助催化剂前驱体包括任何可以形成过渡金属纳米粒子、金属氧化物纳米粒子和上转换材料纳米粒子的前驱体材料，尤其是可以发生光催化的前驱体材料。优选地，所述助催化剂前驱体包括氯铂酸、氯金酸、氯钯酸、硫酸铜或硝酸银。
当所述核壳结构置于所述助催化剂混合液中时，由于所述多孔材料的内部与外界之间存在浓度差，同时，由于所述多孔材料具有亲水性，助催化剂前驱体经由所述多孔材料中的孔进入到所述核壳结构的纳米空腔内，以达到浓度平衡，得到所述胶囊混合液。
当通过光照射所述胶囊混合液时，进入所述核壳结构内的助催化剂前驱体发生催化剂原位光化学还原反应，而在所述核壳结构内形成所述多个助催化剂。
具体地，当紫外线照射所述胶囊混合液时，所述光催化剂内核的表面上产生光生电子-空穴对，作为一种高效孔捕捉剂，所述助催化剂前驱液中的有机溶剂迅速陷进孔中，而被激发的电子被转移给助催化剂前驱体中的金属离子，导致助催化剂前驱体在光催化剂内核的表面上原位光化学还原而沉积；然后，激发的电子与H+质子在光催化剂的表面结合，H2光催化反应生成。其结果是，所述有机溶剂在所述多孔材料内连续消耗，导致有机溶剂在所述核壳结构的内部和外部形成浓度梯度，形成了驱动力，推动外部的助催化剂前驱体通过所述多孔材料的孔流入所述纳米空腔。当然，所述助催化剂前驱体在所述核壳结构之外在光照的照射下，也会生成助催化剂，该外部的助催化剂也会在该驱动力的作用下进入纳米空腔，从而在纳米空腔内形成各向异性的助催化剂纳米枝和/或助催化剂颗粒结晶体，即可以制备出具有核壳纳米马达-助催化剂协同结构的复合光催化剂，且该复合催化剂具有较高的光催化活性。因此，所述纳米马达为助催化剂-光催化剂协同体系的制备提供动力，是其中的纳米空腔中的助催化剂结构的形成和构建的基础。纳米马达的功能不仅仅是提供一种限域反应空间场所，将助催化剂引入纳米空腔，同时也是特定三维形态的助催化剂形成的必要条件。
步骤(2)具体为：
先将所述有机纤维载体加热到70℃-200℃，得到软化的有机纤维载体；
再将所述多个功能纳米粒子喷射到软化的有机纤维载体上，使该软化的有机纤维载体与所述多个功能纳米粒子接触的部位发生熔融，而将所述多个功能纳米粒子嵌设在软化的有机纤维载体中；
最后固化、冷却，得到所述复合纤维载体材料。
其中，有机纤维载体与功能纳米粒子的质量比例是1:(2～200)。
在所述步骤(2)中，所述多个功能纳米粒子的喷射参数如下：喷射速度为0.01m/s～1m/s，喷射高度为0.1m～1m，喷头移动速度为0～1m/s。可以理解，步骤(2)中将功能纳米粒子喷射之后，熔融的时间可为1小时～5小时，以使二者充分融合并实现功能纳米粒子的嵌设。也可以将喷射的次数增加为多次，循环进行喷射，以实现充分融合。
本发明还提供一种上述复合纤维材料的应用，将上述复合纤维材料应用于污水净化处理、空气净化处理或抗菌杀毒处理中。
本发明还提供一种通过热喷粘法负载纳米粒子复合纤维的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1)按质量份数，将1-25份粒径约为50-200nm的纳米粒子加热至80-120度；
2)按质量份数，将5-120份的合成纤维放置于容器中，并将该容器放置于70-110度的烘箱中；
3)将步骤1)中所得到的加热后的纳米粒子随热气流喷射入容器，并在容器中循环1-5小时后冷却即得到所需复合纤维。
其中，所述的纳米粒子是二氧化钛、二氧化硅、氧化钙、氧化镁或磷灰石的一种或几种的组合。
本发明还提供一种通过热喷粘法负载纳米粒子复合纤维的制备方法，包括以下步骤：
1)按质量份数，将17份粒径约为125nm的纳米粒子加热至100度；所述纳米粒子是二氧化钛，二氧化硅，氧化钙，氧化镁或磷灰石；
2)按质量份数，将65份的合成纤维放置于容器中，并将该容器放置于90度的烘箱中；
3)将步骤1)中所得到的加热后的纳米粒子随热气流喷射入容器，并在容器中循环2.5小时后冷却即得到所需复合纤维。
与现有技术相比，本发明提供的所述复合纤维材料具有以下优点：
第一，采用有机纤维材料作为载体，而实现将功能纳米粒子进行有效的负载。该种负载复合方式，可实现功能纳米粒子高量负载，负载率最高可达所述有机纤维载体重量的10％，而并不会降低所述功能纳米粒子的光催化活性；进一步，当有机纤维载体为三维的柔性材料，可实现三维动态负载，进行“体催化”，而将整体催化能力提高10万倍。
第二，该种负载方式中光催化剂具有高重复利用率，解决现有纳米光催化剂的团聚与回收问题，极大地节约了治水材料成本。
第三，所述功能纳米粒子通过有机纤维载体的负载，而将功能纳米粒子拓展到有机纤维载体可应用的所有场景，应用范围极广，可应用于比如污水净化、空气净化、抗菌杀毒等环保领域。
进一步，当所述功能纳米粒子为所述纳米马达时，所述纳米马达中的催化剂与多孔材料为非直接接触式负载，使得催化剂比表面积基本无损耗，多孔材料不影响光与光催化剂接触，同时还避免现有技术中将光催化剂负载于有机载体时光催化剂直接接触有机载体而造成光催化剂对有机载体的光腐蚀，解决了多年来国内外光催化剂难以推广应用的问题，克服光催化剂应用瓶颈，实现光催化行业的重大技术突破。另外，所述纳米马达具有特定的核壳结构，这有利于有机污染物分子被吸附进入纳米空腔内，从而完成动态吸附-光催化反应体系。
由于纳米马达中进一步通过引入助催化剂，所述助催化剂与光催化剂协同催化，实现更优异的光催化效果。
本发明提供的所述复合纤维材料的制备方法具有以下优点：通过热气流将功能纳米粒子嵌设于有机纤维载体上，该种方式可使二者紧密结合，功能纳米粒子不易脱离。该制备方法比较简单，操作容易，生产成本低，利于产业化。
附图说明
图1为本发明实施例提供的复合纤维材料的扫描电子显微镜照片图。
图2为本发明实施例6提供的纳米马达聚乙烯醇复合纤维材料中的纳米马达的模型示意图。
图3为图2所示的纳米马达的透射电镜图。
图4为本发明实施例7提供的纳米马达聚乳酸复合纤维材料中的纳米马达的模型剖面示意图。
图5为本发明实施例8提供的纳米马达聚乙烯复合纤维材料中的纳米马达的模型示意图。
图6为图5所示的纳米马达的透射电镜图。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
本实施例提供一种二氧化钛聚酯复合纤维材料的制备方法，包括以下步骤：
将15g粒径约为50nm的二氧化钛粒子加热至100度，得到高温纳米二氧化钛粒子；将85g的聚酯纤维材料放置于容器中，并将该容器放置于70度的烘箱中；将所述高温纳米二氧化钛粒子以0.5m/s的喷射速度随热气流喷射入所述容器中，并在容器中循环5小时后，固化冷却即得到一种二氧化钛聚酯复合纤维材料，纳米二氧化钛粒子嵌设在聚酯纤维材料中，如图1所示。
经测量，在该二氧化钛聚酯复合纤维材料中，纳米二氧化钛粒子的负载量为所述聚酯纤维材料质量的10％；该二氧化钛聚酯复合纤维材料的比表面积为350m2/g。
实施例2
本实施例提供一种二氧化钛聚酰胺复合纤维材料的制备方法，包括以下步骤：
将8g粒径约为100nm的二氧化钛粒子加热至120度，得到高温纳米二氧化钛粒子；将92g的聚酰胺纤维膜放置于容器中，并将该容器放置于80度的烘箱中；将所述高温纳米二氧化钛粒子以0.4m/s的喷射速度随热气流喷射入所述容器中，并在容器中循环2小时后，固化冷却即得到一种二维的二氧化钛聚酰胺复合纤维材料，纳米二氧化钛粒子嵌设在聚酰胺纤维膜中。
经测量，在该二氧化钛聚酰胺复合纤维膜中，纳米二氧化钛粒子的负载量为所述聚酰胺纤维膜质量的4.5％；该二氧化钛聚酰胺复合纤维膜的比表面积为245m2/g。
实施例3
本实施例提供一种二氧化硅聚丙烯腈复合纤维材料的制备方法，包括以下步骤：
将10g粒径约为120nm的二氧化硅粒子加热至150度，得到高温纳米二氧化硅粒子；将90g的聚丙烯腈纤维放置于容器中，并将该容器放置于80度的烘箱中；将所述高温纳米二氧化硅粒子以0.3m/s的喷射速度随热气流喷射入所述容器中，并在容器中循环3小时后，固化冷却制得一种一维的二氧化硅聚酰胺复合纤维材料，纳米二氧化硅粒子嵌设在聚丙烯腈纤维材料中，该一维的二氧化硅聚丙烯腈复合纤维材料经过编制，制成一种三维的二氧化硅聚丙烯腈复合纤维网。
经测量，在该二氧化硅聚丙烯腈复合纤维网中，纳米二氧化硅粒子的负载量为所述聚丙烯腈纤维材料质量的7.1％；该二氧化硅聚丙烯腈复合纤维网的比表面积为245m2/g。
实施例4
本实施例提供一种磷灰石聚丙烯复合纤维材料的制备方法，包括以下步骤：
将4g粒径约为150nm的磷灰石粒子加热至200度，得到高温纳米磷灰石粒子；将96g的聚丙烯纤维放置于容器中，并将该容器放置于90度的烘箱中；将所述高温纳米磷灰石粒子以0.2m/s的喷射速度随热气流喷射入所述容器中，并在容器中循环1小时后，固化冷却制得一种磷灰石聚丙烯复合纤维材料，纳米磷灰石粒子嵌设在聚丙烯纤维材料中。
经测量，在该磷灰石聚丙烯复合纤维材料中，纳米磷灰石粒子的负载量为所述聚丙烯腈纤维材料质量的3.5％；该磷灰石聚丙烯复合纤维材料的比表面积为260m2/g。
实施例5
本实施例提供一种磷灰石聚氯乙烯复合纤维材料的制备方法，包括以下步骤：
将9g粒径约为300nm的磷灰石粒子加热至220度，得到高温纳米磷灰石粒子；将91g的聚氯乙烯纤维放置于容器中，并将该容器放置于100度的烘箱中；将所述高温纳米磷灰石粒子以0.05m/s的喷射速度随热气流喷射入所述容器中，并在容器中循环3小时后，固化冷却制得一种磷灰石聚氯乙烯复合纤维材料，纳米磷灰石粒子嵌设在聚氯乙烯纤维材料中。
经测量，在该磷灰石聚氯乙烯复合纤维材料中，纳米磷灰石粒子的负载量为所述聚氯乙烯纤维材料质量的8.9％；该磷灰石聚氯乙烯复合纤维材料的比表面积为320m2/g。
实施例6
本实施例提供一种纳米马达聚乙烯醇复合纤维材料的制备方法，包括以下步骤：
将10g粒径约为400nm的纳米马达粒子加热至120度，得到高温纳米马达；将90g的聚乙烯醇纤维放置于容器中，并将该容器放置于110度的烘箱中；将所述高温纳米马达以0.1m/s的喷射速度随热气流喷射入所述容器中，并在容器中循环3小时后，固化冷却制得一种纳米马达聚乙烯醇复合纤维材料，纳米马达嵌设在聚乙烯醇纤维材料中。其中，所述纳米马达为如图2及图3所示的单核纳米马达，具体地，其包括单个二氧化钛核和包裹该单个二氧化钛核的介孔二氧化硅壳，且所述二氧化钛核与所述介孔二氧化硅壳间隔设置形成空腔，所述二氧化钛核的粒径为50nm，所述介孔二氧化硅壳上的介孔的粒径约为4nm。
本实施例使用的纳米马达的制备方法如下：(a)二氧化钛纳米粒子表面包裹碳的过程，用TiO2@C来表示，将二氧化钛纳米粒子250mg添加入浓度为1.5mol/L的葡萄糖水溶液，充分混合后将混合液导入水热反应釜中，于150-200℃下加热处理5小时，反应后用乙醇溶液洗涤3次后，用蒸馏水洗3次后干燥待用；(b)用溶胶-凝胶法在碳包裹纳米粒子的外层包裹二氧化硅的过程,用TiO2@C@SiO2来表示，(i)将步骤(b)得到的试样300mg和超纯水5mL搅拌3小时，(ii)在15ml的无水乙醇溶液中溶解正硅酸甲酯1g，搅拌3小时，(iii)将步骤(ii)溶液加入步骤(i)溶液中，搅拌5小时，(iv)反应完毕后，减压蒸馏步骤(iii)溶液到半干后，经100-120℃、4小时減圧干燥，研磨；(d)去除夹层碳层的过程,用TiO2@@SiO2来表示，将步骤(c)得到的试样置于400-600℃的马弗炉中烧结5.5小时，烧结后研磨，即得到所述球形单核纳米马达。
经测量，在该纳米马达聚乙烯醇复合纤维材料中，纳米马达的负载量为所述聚乙烯醇纤维材料质量的9.5％；该纳米马达聚乙烯醇复合纤维材料的比表面积为320m2/g。
实施例7
本实施例提供一种纳米马达聚乳酸复合纤维材料的制备方法，该制备方法与实施例6提供的纳米马达聚乙烯醇复合纤维材料的制备方法基本相同，不同之处在于：本实施例采用聚乳酸纤维材料作为纳米马达的有机纤维载体；而且所述纳米马达为如图4所示的多核纳米马达，具体地，它包括多个分散设置的二氧化钛核和包裹该多个二氧化钛核的介孔二氧化硅壳，该介孔二氧化硅壳与所述多个二氧化钛核间隔设置形成空腔。
本实施例使用的多核纳米马达的制备方法与实施例6中的球形单核纳米马达的制备方法基本相同。该多核纳米马达的制备方法具体包括以下步骤：采用水热法生成纳米二氧化钛粒子，同时在所述二氧化钛粒子上包碳层，使得每个碳层包括多个纳米二氧化钛粒子；然后采用溶胶凝胶法在所述碳层上包覆二氧化钛层，得到一二氧化钛@碳@二氧化硅核壳结构，然后采用高温煅烧的方法去除所述二氧化钛@碳@二氧化硅核壳结构中的碳层，从而得到所述多核纳米马达。
经测量，在所述纳米马达聚乳酸复合纤维材料中，纳米马达的负载量为所述聚乳酸纤维材料质量的9.8％；该纳米马达聚乳酸复合纤维材料的比表面积为330m2/g。
实施例8
本实施例提供一种纳米马达聚乙烯复合纤维材料的制备方法，该制备方法与实施例6提供的纳米马达聚乙烯复合纤维材料的制备方法基本相同，不同之处在于：本实施例采用聚乙烯纤维材料作为纳米马达的有机纤维载体；而且所述纳米马达如图5及图6所示，具体地，其包括一二氧化钛核，包裹该二氧化钛核的介孔二氧化硅壳，和多个铂金属纳米枝，所述介孔二氧化硅壳与所述二氧化钛核间隔设置形成空腔，所述多个铂金属纳米枝分散在所述空腔中。
本实施例使用的多核纳米马达的制备方法与实施例7中多核纳米马达基本相同，不同之处在于，进一步包括以下步骤：(1)将氯铂酸和甲醇溶液混合得到浓度为10-6mol/L的反应溶液，先采用N2对所述反应溶液进行曝气处理15min去除其中的氧气；(2)将所述二氧化钛@@二氧化硅核壳结构置于所述反应溶液中，由于所述二氧化硅壳具有亲水性以及核壳结构的内外具有浓度差，氯铂酸流过所述二氧化硅壳中的孔进入纳米空腔中；(3)采用紫外光照射所述反应溶液，氯铂酸发生光还原反应，而在所述纳米空腔形成多个铂纳米颗粒。
经测量，在所述纳米马达聚乙烯复合纤维材料中，纳米马达的负载量为所述聚乙烯纤维材料质量的7.8％；该纳米马达聚乙烯复合纤维材料的比表面积为300m2/g。
实施例9
一种通过热喷粘法负载纳米粒子复合纤维的制备方法，包括以下步骤：
1)按质量份数，将1份粒径约为50nm的纳米粒子加热至80度，所述纳米粒子是二氧化钛，二氧化硅，氧化钙，氧化镁或磷灰石；
2)按质量份数，将5份的合成纤维放置于容器中，并将该容器放置于70度的烘箱中；
3)将步骤1)中所得到的热粒子随热气流喷射入容器，并在容器中循环1小时后冷却即得到所需复合纤维。
实施例10
一种通过热喷粘法负载纳米粒子复合纤维的制备方法，包括以下步骤：
1)按质量份数，将25份粒径约为200nm的纳米粒子加热至120度，所述纳米粒子是二氧化钛，二氧化硅，氧化钙，氧化镁或磷灰石；
2)按质量份数，将120份的合成纤维放置于容器中，并将该容器放置于110度的烘箱中；
3)将步骤1)中所得到的热粒子随热气流喷射入容器，并在容器中循环5小时后冷却即得到所需复合纤维。
实施例11
一种通过热喷粘法负载纳米粒子复合纤维的制备方法，包括以下步骤：
1)按质量份数，将17份粒径约为125nm的纳米粒子加热至100度，所述纳米粒子是二氧化钛，二氧化硅，氧化钙，氧化镁或磷灰石；
2)按质量份数，将65份的合成纤维放置于容器中，并将该容器放置于90度的烘箱中；
3)将步骤1)中所得到的热粒子随热气流喷射入容器，并在容器中循环2.5小时后冷却即得到所需复合纤维。
实施例12
一种通过热喷粘法负载纳米粒子复合纤维的制备方法，包括以下步骤：
1)按质量份数，将10份粒径约为150nm的纳米粒子加热至90度，所述纳米粒子是二氧化钛，二氧化硅，氧化钙，氧化镁，磷灰石的组合；
2)按质量份数，将80份的合成纤维放置于容器中，并将该容器放置于95度的烘箱中；
3)将步骤1)中所得到的热粒子随热气流喷射入容器，并在容器中循环3小时后冷却即得到所需复合纤维。
实施例13
一种通过热喷粘法负载纳米粒子复合纤维的制备方法，包括以下步骤：
1)按质量份数，将5份粒径约为80nm的纳米粒子加热至105度，所述纳米粒子是二氧化钛或二氧化硅；
2)按质量份数，将95份的合成纤维放置于容器中，并将该容器放置于105度的烘箱中；
3)将步骤1)中所得到的热粒子随热气流喷射入容器，并在容器中循环4小时后冷却即得到所需复合纤维。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下在其实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (24)
1.一种复合纤维材料，其特征在于，它包括一有机纤维载体和嵌设在该有机纤维载体中的多个功能纳米粒子。
2.如权利要求1所述的复合纤维材料，其特征在于，所述功能纳米粒子包括二氧化钛、二氧化硅、磷灰石或纳米马达。
3.如权利要求2所述的复合纤维材料，其特征在于，所述纳米马达包括多孔材料形成的外壳、光催化剂形成的内核以及外壳与内核之间的纳米空腔。
4.如权利要求3所述的复合纤维材料，其特征在于，所述光催化剂的材料选自TiO2、ZnO、WO3、Fe3O4、Bi2O3、BiOBr、BiOI、SnO2、Cu2O、Nb2O5、Ta2O5、CdS、CdSe、CdTe、GaN、Ta3N5、TaON、C3N4、CdS、ZnS、PbS、MoS2、CuInS2、AgInS2、CdS、ZnIn2S4、GaP、SiC、LaTiON、Sm2Ti2S2O5、钛酸盐、锗酸盐、铌酸盐、钒酸盐、镓酸盐、钽酸盐、锑酸盐、铋酸盐、NiOx/In1-xNix、TaO4、Ag2O、AgCl、AgBr、AgI、AgInZn7S9、β-AgAlO2、β-AgGaO2、β-AgInO2、α-AgAlO2、α-AgGaO2、α-AgInO2、Ag3PO4、AgCrO2、Ag2CrO4、AgAlO2、AgNbO3、InVO4、InNbO4、InTaO4、BiNbO4、BiTaO4、(ZnO)x(GaN)1-x、NaNbO3-AgNbO3、BiTa1-xNbxO4、Sr2NbxTa2-xO7、Sr1-xCaxIn2O4、Ba1-xSrxSnO3、Ca1-xBixVxMo1-xO4、(AgNbO3)1-x(SrTiO3)x、KCa2Nb3O10、Ba5Ta4O15和HCa2Nb3O10中的一种、多种的相互掺杂、过渡金属阳离子掺杂或阴离子掺杂。
5.如权利要求3所述的复合纤维材料，其特征在于，所述纳米马达还包括位于所述纳米空腔内的助催化剂，所述助催化剂包括过渡金属纳米粒子、金属氧化物纳米粒子和上转换材料纳米粒子。
6.如权利要求5所述的复合纤维材料，其特征在于，所述过渡金属纳米粒子包括铂金属纳米粒子、金金属纳米粒子、钯金属纳米粒子或银纳米粒子，所述金属氧化物纳米粒子包括氧化锌纳米粒子或氧化亚铜纳米粒子，所述上转换材料纳米粒子包括镱铒双掺杂NaYF4纳米粒子、铥掺杂NaGdF4纳米粒子或钬掺杂NaGdF4纳米粒子。
7.如权利要求5所述的复合纤维材料，其特征在于，所述助催化剂为颗粒结晶状或者枝状。
8.如权利要求3所述的复合纤维材料，其特征在于，所述多孔材料为多孔二氧化硅、玻璃多孔材料、铝磷酸盐多孔材料中的至少一种。
9.如权利要求1所述的复合纤维材料，其特征在于，所述有机纤维载体为一维结构、二维结构或三维结构。
10.如权利要求9所述的复合纤维材料，其特征在于，所述有机纤维载体由柔性纤维材料组成，所述柔性纤维材料包括人造纤维材料或合成纤维材料。
11.一种复合纤维材料的制备方法，其包括以下步骤：
(1)加热多个功能纳米粒子；
(2)通过热气流将加热后的多个功能纳米粒子喷射到一有机纤维载体上，并使所述有机纤维载体与所述多个功能纳米粒子接触的部位熔融，而将所述多个功能纳米粒子嵌设在所述有机纤维载体上。
12.如权利要求11所述的复合纤维材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中将所述多个功能纳米粒子加热到100℃-250℃。
13.如权利要求11或12所述的复合纤维材料的制备方法，其特征在于，所述功能纳米粒子包括二氧化钛、二氧化硅、磷灰石或纳米马达。
14.如权利要求13所述的复合纤维材料的制备方法，其特征在于，所述纳米马达包括多孔材料形成的外壳、光催化剂形成的内核以及外壳与内核之间的纳米空腔。
15.如权利要求14所述的复合纤维材料的制备方法，其特征在于，所述纳米马达还包括位于所述纳米空腔内的助催化剂，所述助催化剂包括过渡金属纳米粒子、金属氧化物纳米粒子和上转换材料纳米粒子。
16.如权利要求15所述的复合纤维材料的制备方法，其特征在于，所述纳米马达通过以下制备方法得到：
提供一核壳结构，所述核壳结构包括多孔材料形成的外壳、光催化剂形成的内核以及外壳与内核之间的纳米空腔；
提供一助催化剂前驱液，所述助催化剂前驱液包括助催化剂前驱体；
将所述核壳结构置于所述助催化剂前驱液中，使所述助催化剂前驱液进入所述核壳结构的纳米空腔内，得到胶囊混合液；以及
通过光照射所述胶囊混合液，使所述助催化剂前驱体发生反应而在所述纳米空腔形成多个助催化剂，所述助催化剂包括过渡金属纳米粒子、金属氧化物纳米粒子和上转换材料纳米粒子。
17.如权利要求16所述的复合纤维材料的制备方法，其特征在于，所述助催化剂前驱体包括氯铂酸、氯金酸、氯钯酸、硫酸铜或硝酸银。
18.如权利要求16任一项所述的复合纤维材料的制备方法，其特征在于，当通过光照射所述胶囊混合液时，所述助催化剂前驱体发生原位光化学还原反应，而在所述纳米空腔形成所述多个助催化剂。
19.如权利要求11所述的复合纤维材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)具体为：
先将所述有机纤维载体加热到70℃-200℃，得到软化的有机纤维载体；
再将所述多个功能纳米粒子喷射到软化的有机纤维载体上，使该软化的有机纤维载体与所述多个功能纳米粒子接触的部位发生熔融，而将所述多个功能纳米粒子嵌设在软化的有机纤维载体中；
最后固化、冷却，得到所述复合纤维载体材料。
20.如权利要求11所述的复合纤维材料的制备方法，其特征在于，在步骤(2)，所述多个功能纳米粒子的喷射参数如下：喷射速度为0.01m/s～1m/s，喷射高度为0.1m～1m，喷头移动速度为0～1m/s。
21.一种权利要求1-10任一项所述的复合纤维材料的应用，其特征在于，所述复合纤维材料应用于污水净化处理、空气净化处理或抗菌杀毒处理中。
22.一种通过热喷粘法负载纳米粒子复合纤维的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1)按质量份数，将1-25份粒径约为50-200nm的纳米粒子加热至80-120度；
2)按质量份数，将5-120份的合成纤维放置于容器中，并将该容器放置于70-110度的烘箱中；
3)将步骤1)中所得到的加热后的纳米粒子随热气流喷射入容器，并在容器中循环1-5小时后冷却即得到所需复合纤维。
23.根据权利要求22所述的一种通过热喷粘法负载纳米粒子复合纤维的制备方法，其特征在于：所述的纳米粒子是二氧化钛、二氧化硅、氧化钙、氧化镁或磷灰石的一种或几种的组合。
24.一种通过热喷粘法负载纳米粒子复合纤维的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1)按质量份数，将17份粒径约为125nm的纳米粒子加热至100度；所述纳米粒子是二氧化钛，二氧化硅，氧化钙，氧化镁或磷灰石；
2)按质量份数，将65份的合成纤维放置于容器中，并将该容器放置于90度的烘箱中；
3)将步骤1)中所得到的加热后的纳米粒子随热气流喷射入容器，并在容器中循环2.5小时后冷却即得到所需复合纤维。
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