CN108866673A - 一种具有光催化效果的防雾霾纤维及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种具有光催化效果的防雾霾纤维及其制备方法，涉及空气净化领域，所述光催化效果的防雾霾纤维的尺寸为300‑800nm。其制备方法包括如下步骤：（1）制备二氧化钛溶胶，在二氧化钛溶胶中加入石墨烯溶液，并搅拌均匀；（2）将聚合物溶解于有机溶剂，在磁力搅拌下，依次加入步骤（1）得到混合溶液、硅烷偶联剂、超分散剂，然后超声分散一段时间，得到一定浓度的均一混合的纺丝液；（3）将步骤（2）中的得到的纺丝液加入到纺丝容器中，纺丝液经注射泵，在喷丝孔中挤出，在高速气流的推动下，经热辐射作用，牵伸，溶剂挥发，从而形成具有光催化效果的防雾霾纤维。经测试，得到的纤维具有优异的防雾霾性能和抗菌效果。

Description

一种具有光催化效果的防雾霾纤维及其制备方法
技术领域
本发明涉及空气净化领域，尤其涉及一种具有光催化效果的防雾霾纤维及其制备方法。
背景技术
雾霾常见于城市，高密度人口的经济及社会活动必然带来大量的细颗粒物（如PM2.5），一旦排放超过大气的循环能力，受静稳天气的影响，易出现大范围的雾霾。现有的防雾霾纤维过滤效果不高，且易于成为细菌滋生的载体。
溶液喷射纺丝法，作为一种新兴的纺丝技术，在制备纳米纤维方面具有很广阔的应用前景，其以高速气流作为驱动力，聚合物溶液经喷丝孔挤出后在高速气流的驱动下形成聚合物射流，在到达接收装置的过程中，射流被进一步牵伸细化，伴随着溶剂的挥发及不稳定运动，纳米级纤维被收集于接收装置上。该方法具有制备工艺简单、可控、生产效率高等优点，且较传统的静电纺丝而言，避免了生产中的高电压，提高了生产安全性能。
基于以上技术问题，本申请进行了采用溶液喷射纺丝法制备具有光催化效果的防雾霾的纳米纤维，能赋予纤维持久的防雾霾和抗菌性能。
发明内容
本申请提供一种具有光催化效果的防雾霾纤维及其制备方法，赋予了防雾霾纤维光催化的作用，解决了防雾霾纤维上易于细菌滋生的技术问题。
本申请的技术方案如下：
一种具有光催化效果的防雾霾纤维的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）取钛酸正丁酯加入到无水乙醇中，搅拌形成均一稳定的溶液，然后将上述钛酸正丁酯的乙醇溶液缓慢加入到水和乙醇为1:1的混合溶液中，并进行硝酸酸化，在强力搅拌下，形成二氧化钛溶胶，在二氧化钛溶胶中加入石墨烯溶液，并搅拌均匀；
（2）将聚合物溶解于有机溶剂，在磁力搅拌下，依次加入步骤（1）得到混合溶液、硅烷偶联剂、超分散剂，然后超声分散一段时间，得到一定浓度的均一混合的纺丝液；
（3）将步骤（2）中的得到的纺丝液加入到纺丝容器中，纺丝液经注射泵，在喷丝孔中挤出，在高速气流的推动下，经热辐射作用，牵伸，溶剂挥发，从而形成具有光催化效果的防雾霾纤维。
作为优选，所述聚合物为聚乙烯、聚酰胺、聚丙烯或聚酯的一种或多种。
作为优选，所述超分散剂为聚酯型超分散剂、聚醚型超分散剂或聚烯烃型超分散剂，超分散剂的添加量为聚合物重量的2-4%。
作为优选，二氧化钛溶胶中二氧化钛的尺寸为20-50nm，二氧化钛溶胶的添加量为聚合物重量的1-3%，硅烷偶联剂的添加量为聚合物重量的1-4%，石墨烯的添加量为聚合物重量的0.5-1%。
作为优选，所述有机溶剂为四氢呋喃、丙酮、二甲基亚砜或N,N-二甲基甲酰胺的一种或多种。
作为优选，所述超声中，超声时间为30-50min，超声功率为400-800w。
作为优选，所述高速气流的气压为0.1MPa-0.2MPa。
通过上述方法得到的纤维的尺寸为300-800nm。该纤维可以用于的空气净化领域。
本申请的有益效果如下：
(1)本申请的制备方法较传统的静电纺丝而言，生产率提高了3-5倍，且操作简单，生产过程中安全性能高；
(2)本申请的纤维在纺丝过程中加入含有具有光催化效果的二氧化钛和石墨烯，且二氧化钛是以溶胶的形式添加到纺丝液中，在硅烷偶联剂和超分散剂的作用下，具有光催化作用的二氧化钛和石墨烯稳定分散于聚合物溶液中，有效避免了团聚现象的发生，利于纺丝的进行，且形成的纤维的性能均一、稳定；二氧化钛具有良好的光化学性质，在紫外光的照射下，能有效降解有机物和环境污染物，且避免了细菌的滋生，对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌具有99.9%以上的抑菌效果；石墨烯的添加，极大地提高了纤维的力学性能；
(3)通过溶液喷射纺丝方法制备得到的纳米纤维具有较好的纳米效应，纤维直径在300-800nm，使得纤维具有较大的比表面积，实现了高通量和高截留率，具有优异的防雾霾效果。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1：
一种具有光催化效果的防雾霾纤维的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）取钛酸正丁酯加入到无水乙醇中，搅拌形成均一稳定的溶液，然后将上述钛酸正丁酯的乙醇溶液缓慢加入到水和乙醇为1:1的混合溶液中，并进行硝酸酸化，在强力搅拌下，形成二氧化钛溶胶，在二氧化钛溶胶中加入石墨烯溶液，并搅拌均匀；
（2）将聚合物溶解于有机溶剂，在磁力搅拌下，依次加入步骤（1）得到混合溶液、硅烷偶联剂、超分散剂，然后超声分散一段时间，得到一定浓度的均一混合的纺丝液；
（3）将步骤（2）中的得到的纺丝液加入到纺丝容器中，纺丝液经注射泵，在喷丝孔中挤出，在高速气流的推动下，经热辐射作用，牵伸，溶剂挥发，从而形成具有光催化效果的防雾霾纤维。
所述聚合物为聚乙烯和聚酰胺的混合物，其中聚乙烯和聚酰胺的含量为1：3。
所述超分散剂为聚烯烃型超分散剂。
二氧化钛溶胶中二氧化钛的尺寸为20nm。
所述有机溶剂为四氢呋喃和丙酮的混合溶剂，二者质量之比为1：3。
所述超声中，超声时间为30min，超声功率为800w。
所述高速气流的气压为0.1MPa。
纺丝溶液中，超分散剂的添加量为聚合物重量的2%，二氧化钛溶胶的添加量为聚合物的1%，硅烷偶联剂的添加量为聚合物重量的1%，石墨烯的添加量为聚合物重量的0.5%。
通过上述方法得到的纤维的尺寸为800nm。该纤维可以用于的空气净化领域。
实施例2：
一种具有光催化效果的防雾霾纤维的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）取钛酸正丁酯加入到无水乙醇中，搅拌形成均一稳定的溶液，然后将上述钛酸正丁酯的乙醇溶液缓慢加入到水和乙醇为1:1的混合溶液中，并进行硝酸酸化，在强力搅拌下，形成二氧化钛溶胶，在二氧化钛溶胶中加入石墨烯溶液，并搅拌均匀；
（2）将聚合物溶解于有机溶剂，在磁力搅拌下，依次加入步骤（1）得到混合溶液、硅烷偶联剂、超分散剂，然后超声分散一段时间，得到一定浓度的均一混合的纺丝液；
（3）将步骤（2）中的得到的纺丝液加入到纺丝容器中，纺丝液经注射泵，在喷丝孔中挤出，在高速气流的推动下，经热辐射作用，牵伸，溶剂挥发，从而形成具有光催化效果的防雾霾纤维。
所述聚合物为聚丙烯。
所述超分散剂为聚烯烃型超分散剂。
二氧化钛溶胶中二氧化钛的尺寸为50nm。
所述有机溶剂为二甲基亚砜。
所述超声中，超声时间为50min，超声功率为400w。
所述高速气流的气压为0.2MPa。
纺丝溶液中，超分散剂的添加量为聚合物重量的4%，二氧化钛溶胶的添加量为聚合物的%，硅烷偶联剂的添加量为聚合物重量的4%，石墨烯的添加量为聚合物重量的1%。
通过上述方法得到的纤维的尺寸为300nm。该纤维可以用于的空气净化领域。
实施例3：
一种具有光催化效果的防雾霾纤维的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）取钛酸正丁酯加入到无水乙醇中，搅拌形成均一稳定的溶液，然后将上述钛酸正丁酯的乙醇溶液缓慢加入到水和乙醇为1:1的混合溶液中，并进行硝酸酸化，在强力搅拌下，形成二氧化钛溶胶，在二氧化钛溶胶中加入石墨烯溶液，并搅拌均匀；
（2）将聚合物溶解于有机溶剂，在磁力搅拌下，依次加入步骤（1）得到混合溶液、硅烷偶联剂、超分散剂，然后超声分散一段时间，得到一定浓度的均一混合的纺丝液；
（3）将步骤（2）中的得到的纺丝液加入到纺丝容器中，纺丝液经注射泵，在喷丝孔中挤出，在高速气流的推动下，经热辐射作用，牵伸，溶剂挥发，从而形成具有光催化效果的防雾霾纤维。
所述聚合物为聚酯。
所述超分散剂为聚酯型超分散剂。
二氧化钛溶胶中二氧化钛的尺寸为40nm。
所述有机溶剂为四氢呋喃和N,N-二甲基甲酰胺的混合溶剂，二者添加量的比例为1:1。
所述超声中，超声时间为40min，超声功率为600w。
所述高速气流的气压为0.15MPa。
纺丝溶液中，超分散剂的添加量为聚合物重量的3%，二氧化钛溶胶的添加量为聚合物的2%，硅烷偶联剂的添加量为聚合物重量的2%，石墨烯的添加量为聚合物重量的0.8%。
通过上述方法得到的纤维的尺寸为550nm。该纤维可以用于的空气净化领域。
实施例4：
将实施例中1-3得到的纳米纤维进行抗菌性能测试和过滤性能测试。
采用本领域的常规测试抗菌性能和过滤性能的方法对纳米纤维进行测定，具体数据如表1所示：
表1 纤维的抗菌性能和过滤性能数据
通过以上数据可知，该纤维具有优异的防雾霾性能和抗菌效果。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种具有光催化效果的防雾霾纤维，其特征在于，采用溶液喷射纺丝法制备得到，所述光催化效果的防雾霾纤维的尺寸为300-800nm，纤维中起光催化作用的是纳米二氧化钛颗粒。
2.一种制备权利要求1的光催化效果的防雾霾纤维的方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）取钛酸正丁酯加入到无水乙醇中，搅拌形成均一稳定的溶液，然后将上述钛酸正丁酯的乙醇溶液缓慢加入到水和乙醇为1:1的混合溶液中，并进行硝酸酸化，在强力搅拌下，形成二氧化钛溶胶，在二氧化钛溶胶中加入石墨烯溶液，并搅拌均匀；
（2）将聚合物溶解于有机溶剂，在磁力搅拌下，依次加入步骤（1）得到混合溶液、硅烷偶联剂、超分散剂，然后超声分散一段时间，得到一定浓度的均一混合的纺丝液；
（3）将步骤（2）中的得到的纺丝液加入到纺丝容器中，纺丝液经注射泵，在喷丝孔中挤出，在高速气流的推动下，经热辐射作用，牵伸，溶剂挥发，从而形成具有光催化效果的防雾霾纤维。
3.根据权利要求2所述的具有光催化效果的防雾霾纤维的制备方法，其特征在于，所述聚合物为聚乙烯、聚酰胺、聚丙烯或聚酯的一种或多种。
4.根据权利要求2或3所述的具有光催化效果的防雾霾纤维的制备方法，其特征在于，所述超分散剂为聚酯型超分散剂、聚醚型超分散剂或聚烯烃型超分散剂，超分散剂的添加量为聚合物重量的2-4%。
5.根据权利要求1-4任一项所述的具有光催化效果的防雾霾纤维的制备方法，其特征在于，二氧化钛溶胶中二氧化钛的尺寸为20-50nm，二氧化钛溶胶的添加量为聚合物重量的1-3%，硅烷偶联剂的添加量为聚合物重量的1-4%，石墨烯的添加量为聚合物重量的0.5-1%。
6.根据权利要求1-4任一项所述的具有光催化效果的防雾霾纤维的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为四氢呋喃、丙酮、二甲基亚砜或N,N-二甲基甲酰胺的一种或多种。
7.根据权利要求1-5任一项所述的具有光催化效果的防雾霾纤维的制备方法，其特征在于，所述超声中，超声时间为30-50min，超声功率为400-800w。
8.根据权利要求1-6任一项所述的具有光催化效果的防雾霾纤维的制备方法，其特征在于，所述高速气流的气压为0.1MPa-0.2MPa。
9.权利要求1-8所述的具有光催化效果的防雾霾纤维用于空气净化领域的应用。
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