CN106694055B - 一种功能纳米复合材料及其制备方法和用途 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种功能纳米复合材料，其包括一柔性纤维载体以及固定在该柔性纤维载体中的多个功能纳米粒子，所述柔性纤维载体包括至少一毛刷状结构，所述多个功能纳米粒子夹持固定在所述至少一毛刷状结构中。本发明还提供一种上述功能纳米复合材料的制备方法和用途。本发明采用柔性纤维作为载体，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柔性纤维载体重量的10％；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，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。
Description
技术领域
本发明属于纳米材料领域，尤其涉及一种纳米复合材料及其制备方法和用途。
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，即使投入大量人力、物力、财力的情况下收到的效果仍甚微，因此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功能纳米复合材料及其制备方法和用途，以解决上述问题。
一种功能纳米复合材料，其包括一柔性纤维载体以及固定在该柔性纤维载体中的多个功能纳米粒子，所述柔性纤维载体包括至少一毛刷状结构，所述多个功能纳米粒子夹持固定在所述至少一毛刷状结构中。
其中，每个毛刷状结构包括多个纤维毛刺，所述多个功能纳米粒子自然夹持在所述多个纤维毛刺之间。所述柔性纤维载体通过所述多个纤维毛刺的热胀冷缩藉由张力将所述多个功能纳米粒子夹持固定其中。所述柔性纤维载体本身的结构在夹持所述多个功能纳米粒子前后保持一致，即，所述柔性纤维载体本身的结构在制备所述功能复合材料的过程中保持不变。
所述柔性纤维载体为柔性纤维毛刷或由所述至少一毛刷状结构编织形成的柔性纤维网。所述柔性纤维载体的形状或结构不限，只要其具有柔性且能满足实际需要即可。优选地，所述柔性纤维载体为由多根柔性纤维毛刷集结为一束，然后编织成的柔性纤维网。
所述柔性纤维的材料不限，只要其具有柔性且有纤维组成即可。所述柔性纤维的材料包括自然纤维材料、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。
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。
本发明提供一种上述功能纳米复合材料的制备方法，其包括以下步骤：
提供一功能纳米粒子悬浮液，该功能纳米粒子悬浮液包括均匀分散在一分散溶剂中的多个功能纳米粒子；
加热所述功能纳米粒子悬浮液，并将一柔性纤维载体置于所述功能纳米粒子悬浮液中，得到一功能纳米复合材料半成品；
冷却、干燥所述功能纳米复合材料半成品，得到所述功能纳米复合材料成品。
其中，所述分散溶剂的组成不限，只要能够使所述功能纳米粒子稳定地、均匀地分散其中即可。具体的，所述分散溶剂包括水、甲醇、乙醇、丙醇、丙酮或四氢呋喃中的任意一种或几种的混合。
步骤(2)所述功能纳米复合材料半成品的制备具体包括：将所述功能纳米粒子悬浮液加热到50℃-200℃，得到一高温功能粒子悬浮液；同时搅拌该高温功能纳米粒子悬浮液，并将所述柔性纤维载体展开置于所述高温功能纳米粒子悬浮液中，使所述功能纳米粒子落在所述柔性纤维载体中，从而得到所述功能纳米复合材料半成品。在该过程中，当所述柔性纤维载体展开置于所述高温功能粒子悬浮液中时，所述柔性纤维载体受热会膨胀，所述柔性纤维载体中的纤维毛刺会自然膨胀、胀开。
步骤(3)冷却、干燥所述功能纳米复合材料半成品具体包括：将所述功能纳米复合材料半成品从所述加热后的功能纳米粒子悬浮液中取出，悬挂晾干，然后清洗后烘干，并对所述功能纳米复合材料半成品于100℃～250℃进行热定型，得到所述功能纳米复合材料成品。实质上，在所述功能纳米复合材料半成品从所述高温功能纳米粒子悬浮液中取出到其晾干冷却的过程中，处于膨胀状态的柔性纤维载体上的功能纳米粒子在该晾干的过程中受热胀冷缩的影响比较小，而所述柔性纤维载体受热胀冷缩的影响比较大，所以，在冷却晾干的过程中，所述柔性纤维载体中纤维毛刺受热胀冷缩的作用，从膨胀胀开的状态到自然收缩的状态，从而通过张力将所述功能纳米粒子自然夹持其中。
进一步，当所述功能纳米粒子为纳米马达时，所述功能纳米粒子悬浮液的制备过程如下：在搅拌的作用下，将所述纳米马达分散到所述分散溶剂中，该分散溶剂为按照1∶1的体积比组成的水和乙醇的混合液，且水和乙醇的质量比为1∶30-1∶5。
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。
本发明还提供一种上述功能纳米复合材料的用途，它可用于光催化或微生物培育。当所述功能纳米复合材料中自然夹持的功能纳米粒子具有光催化功能时，所述功能纳米复合材料可以用作光催化。当所述功能纳米复合材料中自然夹持的功能纳米粒子为多孔纳米羟基磷灰石等可以用作微生物培育的基体时，所述功能纳米复合材料为微生物培育载体。优选地，所述功能纳米复合材料为网状结构，将该功能纳米复合材料网放置在微生物培养池中，经适当条件培育后将微生物固定在所述功能纳米复合材料网上的功能纳米粒子中。
与现有技术相比，本发明提供的所述功能纳米复合材料具有以下优点：
第一，采用柔性纤维作为载体，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柔性纤维载体重量的8％，而不会降低所述功能纳米粒子的光催化活性；进一步，当柔性纤维载体为三维材料，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柔性纤维载体的负载，而将功能纳米粒子拓展到柔性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：事先将功能纳米粒子通过分散溶剂进行预分散，然后将柔性纤维载体进行浸没于功能纳米粒子悬浮液中，干燥，最终使功能纳米粒子夹持固定于柔性纤维载体内。该种方式可使二者紧密结合，功能纳米粒子不易脱离，该功能纳米粒子在所述柔性纤维载体上分布均为均匀。并且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1提供的纳米马达涤纶复合纤维网的照片图。
图2为图1所示的纳米马达涤纶复合纤维网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2提供的多核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3提供的纳米马达涤纶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
本实施例提供一种纳米马达涤纶复合纤维网，其包括一涤纶纤维网以及固定在该涤纶纤维网中的多个纳米马达，所述多个纳米马达夹持固定在所述涤纶纤维网中，且纳米马达的负载量为所述涤纶纤维网质量的0.1％-10％。
所述涤纶纤维网由2-10根涤纶纤维毛刷集结成束，然后由毛刷束编织而成的网状结构，其中，所述涤纶纤维毛刷是先由密度为400特左右的涤纶粗毛线经打散、经拉毛处理后，编织成一维连续的直径为1-3cm的毛圈结构，再将所述毛圈结构对半剪开形成的具有多个纤维毛刺的毛刷状结构。所述多个功能纳米粒子自然夹持在所述多个纤维毛刺之间。所述柔性涤纶纤维网通过其中的多个纤维毛刺的热胀冷缩，藉由张力将所述多个功能纳米粒子夹持固定其中，所述涤纶纤维网本身的结构在夹持所述多个纳米马达前后保持一致，即，所述涤纶纤维网本身的结构在制备所述功能复合材料的过程中保持不变。
所示纳米马达的结构如图2及图3所示，其包括单核纳米马达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。所述纳米马达具有较高的比表面积，使得其具有较高的光催化活性，所以，本实施例提供的上述纳米马达涤纶复合纤维网为一优异的光催化活性网，用于环境保护领域中。
本实施例还提供一种上述纳米马达涤纶复合纤维网的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、在搅拌的作用下，将所述纳米马达分散到所述分散溶剂中，且该分散溶剂为按照1∶1的体积比组成的水和乙醇的混合液，且水和乙醇的质量比为1∶16。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的蔗糖水溶液，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，反应后用甲醇溶液洗涤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(a)得到的试样300mg和超纯水0.5ml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。
步骤二、将所述纳米马达悬浮液加热到90℃左右，得到一加热后的纳米马达悬浮液；同时搅拌该加热后的纳米马达悬浮液，并将所述涤纶纤维网拉展开固定铺设在所述加热后的纳米马达悬浮液中，使所述纳米马达落在所述涤纶纤维网中，从而得到所述纳米马达涤纶复合纤维网半成品。在该过程中，当所述涤纶纤维网展开铺设在所述加热后的纳米马达悬浮液中时，所述涤纶纤维网受热会膨胀，所述涤纶纤维网中的纤维毛刺会自然膨胀、胀开。
步骤三、将所述纳米马达涤纶复合纤维网半成品从所述加热后的纳米马达悬浮液中取出，悬挂晾干，然后清洗后烘干，即制得所述纳米马达涤纶复合纤维网成品。实质上，在所述纳米马达涤纶复合纤维网半成品从所述高温纳米马达悬浮液中取出到其晾干冷却的过程中，落在膨胀状态的柔性涤纶纤维网上的纳米马达在该晾干的过程中受热胀冷缩的影响比较小，而所述柔性涤纶纤维网受热胀冷缩的影响比较大，所以，在冷却晾干的过程中，所述柔性涤纶纤维网中纤维毛刺受热胀冷缩的作用，从膨胀胀开的状态到自然收缩的状态，从而通过张力将所述功能纳米粒子自然夹持其中。
实施例2
本实施例提供一种多核纳米马达芳纶复合纤维毛刷，其结构与实施例1提供的纳米马达涤纶复合纤维网的结构基本相同，步骤之处在于：在本实施例中，采用的柔性纤维载体为芳纶纤维毛刷，该芳纶纤维毛刷与实施例1提供的涤纶纤维毛刷的制备方法基本相同；采用如图4所示的多核纳米马达作为功能纳米粒子，且该多核纳米马达的负载量为所述芳纶纤维毛刷质量的XX。所述多核纳米马达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1中的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。
本实施例还提供一种上述多核纳米马达芳纶复合纤维毛刷的制备方法，其制备方法与实施例1提供的纳米马达涤纶复合纤维网的制备方法基本相同，不同之处在于，在所述步骤一中，所述分散溶剂中的水和乙醇的质量比为1∶10；在所述步骤二中，所述多核纳米马达悬浮液被加热到120℃左右。
实施例3
本实施例提供一种纳米马达涤纶复合纤维网，其结构与实施例1提供的纳米马达涤纶复合纤维网的结构基本相同，步骤之处在于：在本实施例中，采用如图5及图6所示的纳米马达作为功能纳米粒子，且该纳米马达的负载量为所述涤纶纤维网质量的0.1％-10％；该纳米马达包括一个二氧化钛核，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2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。
本实施例还提供一种上述纳米马达涤纶复合纤维网的制备方法，其制备方法与实施例1提供的纳米马达涤纶复合纤维网的制备方法基本相同，不同之处在于，在所述步骤一中，所述分散溶剂中的水和乙醇的质量比为1∶25。
实施例4
本实施例提供一种多孔羟基磷灰石聚乳酸复合纤维网，其结构与实施例1提供的纳米马达涤纶复合纤维网的结构基本相同，步骤之处在于：在本实施例中，采用聚乳酸纤维网作为柔性纤维载体，采用多孔羟基磷灰石粒子作为功能纳米粒子，且该多孔羟基磷灰石的负载量为所述聚乳酸纤维网质量的0.5％-10％。
本实施例还提供一种上述多孔羟基磷灰石聚乳酸复合纤维网的制备方法，其制备方法与实施例1提供的纳米马达涤纶复合纤维网的制备方法基本相同，不同之处在于，在所述步骤一中，所述分散溶剂中的水和乙醇的质量比为1∶20；在所述步骤二中，所述多孔羟基磷灰石悬浮液被加热到70℃左右。
本实施例提供的上述多孔羟基磷灰石聚乳酸复合纤维网的用途，所述微生物网可以作为微生物网，用作微生物培养的载体。具体地，将所述微生物网放置在微生物培养池中培育微生物，经培育后，将微生物固定在所述微生物网上的多孔羟基磷灰石中。
实施例5
本实施例提供一种二氧化钛聚酰胺复合纤维网，其结构与实施例1提供的纳米马达涤纶复合纤维网的结构基本相同，步骤之处在于：在本实施例中，采用聚酰胺纤维网作为柔性纤维载体，采用纳米二氧化钛粒子作为功能纳米粒子，且该纳米二氧化钛粒子的负载量为所述聚酰胺纤维网质量的0.5％-10％。
本实施例还提供一种上述二氧化钛聚酰胺复合纤维网的制备方法，其制备方法与实施例1提供的纳米马达涤纶复合纤维网的制备方法基本相同，不同之处在于，在所述步骤一中，所述分散溶剂为乙醇；在所述步骤二中，所述纳米二氧化钛悬浮液被加热到80℃左右。
实施例6
本实施例提供一种二氧化硅聚乙烯复合纤维毛刷，其结构与实施例1提供的纳米马达涤纶复合纤维网的结构基本相同，步骤之处在于：在本实施例中，采用聚乙烯纤维毛刷作为柔性纤维载体，采用纳米二氧化硅粒子作为功能纳米粒子，且该纳米二氧化硅粒子的负载量为所述聚乙烯纤维网质量的0.1％-10％。
本实施例还提供一种上述二氧化硅聚乙烯复合纤维网的制备方法，其制备方法与实施例1提供的纳米马达涤纶复合纤维网的制备方法基本相同，不同之处在于，在所述步骤一中，所述分散溶剂中的水和乙醇的质量比为1∶5；在所述步骤二中，所述纳米氧化硅悬浮液被加热到100℃左右。
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 (16)
1.一种功能纳米复合材料，其包括一柔性纤维载体以及固定在该柔性纤维载体中的多个功能纳米粒子，其特征在于，所述柔性纤维载体包括至少一毛刷状结构，所述多个功能纳米粒子夹持固定在所述至少一毛刷状结构中；
所述功能纳米复合材料通过以下制备方法得到：
提供一功能纳米粒子悬浮液，该功能纳米粒子悬浮液包括均匀分散在一分散溶剂中的多个功能纳米粒子；
将所述功能纳米粒子悬浮液加热到50℃-200℃，得到一高温功能粒子悬浮液，同时搅拌该高温功能纳米粒子悬浮液，并将所述柔性纤维载体展开置于所述高温功能纳米粒子悬浮液中，以使所述柔性纤维载体受热膨胀，所述柔性纤维载体中的纤维毛刺自然膨胀、胀开，使所述功能纳米粒子落在所述柔性纤维载体中，从而得到所述功能纳米复合材料半成品；
将所述功能纳米复合材料半成品从所述加热后的功能纳米粒子悬浮液中取出，悬挂晾干，以使所述柔性纤维载体中纤维毛刺从膨胀胀开的状态到自然收缩的状态，通过张力将所述功能纳米粒子自然夹持其中，然后清洗后烘干，并对所述功能纳米复合材料半成品于100℃～250℃进行热定型，得到所述功能纳米复合材料成品。
2.如权利要求1所述的功能纳米复合材料，其特征在于，每个毛刷状结构包括多个纤维毛刺，所述多个功能纳米粒子自然夹持在所述多个纤维毛刺之间。
3.如权利要求2所述的功能纳米复合材料，其特征在于，所述柔性纤维载体为柔性纤维毛刷或由所述至少一毛刷状结构编织形成的柔性纤维网。
4.如权利要求1所述的功能纳米复合材料，其特征在于，所述柔性纤维载体的材料包括人造纤维材料或合成纤维材料。
5.如权利要求1-4任一项所述的功能纳米复合材料，其特征在于，所述功能纳米粒子包括二氧化钛、二氧化硅、多孔羟基磷灰石或纳米马达。
6.如权利要求5所述的功能纳米复合材料，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。
7.如权利要求6所述的功能纳米复合材料，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。
8.如权利要求6所述的功能纳米复合材料，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。
9.如权利要求8所述的功能纳米复合材料，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。
10.如权利要求6所述的功能纳米复合材料，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。
11.如权利要求1所述的功能纳米复合材料，其特征在于，所述分散溶剂包括水、甲醇、乙醇、丙醇、丙酮或四氢呋喃中的任意一种或几种的混合。
12.如权利要求6所述的功能纳米复合材料，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。
13.如权利要求12所述的功能纳米复合材料，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。
14.如权利要求12所述的功能纳米复合材料，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。
15.如权利要求5所述的功能纳米复合材料，其特征在于，所述提供功能纳米粒子悬浮液的步骤具体包括：在搅拌的作用下，将所述纳米马达分散到所述分散溶剂中，该分散溶剂为按照1:1的体积比组成的水和乙醇的混合液，且水和乙醇的质量比为1:30～1:5。
16.一种权利要求1-10任一项所述的功能纳米复合材料的用途，其特征在于，它用于光催化或微生物培育。
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