CN110528170A - 一种光催化自清洁的复合无纺布及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光催化自清洁的复合无纺布及其制备方法，属于材料制备技术领域。本发明首先制备质子化氮化碳纳米片和氧化石墨烯短纤维，然后质子化氮化碳纳米片通过静电吸附的方式包覆在氧化石墨烯短纤维表面，通过化学还原得到氮化碳包覆的石墨烯短纤维，最终将氮化碳包覆的石墨烯短纤维形成无纺布。该无纺布利用多孔结构和较大的比表面积可以吸附诸多污染物，再利用表面负载的氮化碳，可以在可见光照射下发生光催化反应，进行吸附降解实现自清洁作用，增强其重复利用率，减少污染物的再次污染。

Description

一种光催化自清洁的复合无纺布及其制备方法
技术领域
本发明属于材料制备技术领域，具体地，涉及一种光催化自清洁的复合无纺布及其制备方法。
背景技术
近年来，挥发性有机污染物(VOCs)对人类身体的危害以及有机污染物对水体、土壤等造成的污染逐渐受到了人们的关注。因此，采用一些技术去处理这些污染物是十分重要的。光催化技术是近年来兴起的技术，能够将太阳能有效的转化为化学能，可以用于抗菌，降解水体污染物、染料、VOCs等，甚至可以产生氢气能源，是一种非常环保绿色的技术手段。其中，类石墨相氮化碳(g-C3N4)作为光催化剂，具有2.7eV的中等带隙，对应于460nm的光学波长，具有优异的可见光吸收性能。不幸的是，由于块体g-C3N4本身的一些严重缺点，如高电子-空穴复合率，可见光吸收不足，低比表面积和反应活性位点少，缓慢的表面反应动力学，中等氧化能力，晶界效应和低电荷迁移率等，块体g-C3N4通常表现出较低的光催化效率。很多研究报道将块体g-C3N4剥离成纳米片增大了其比表面积以及增强了可见光的吸收等。
碳基纤维织物因具有耐高温、不溶且强分子间相互作用力等优点，可作为一种高性能的特殊织物在可穿戴器件、能源等诸多方面发挥着重要作用。其中，作为新型碳基纤维织物，中国发明专利申请号CN201610568052.8公开了一种石墨烯无纺布，通过自融合效应将石墨烯纤维组装成一种具有网状结构的纤维组装体，具有优异的力学稳定性、柔性、导电性，作为一种极有潜力的高性能电极材料，在柔性储能器件领域具有广阔的应用前景。此外，石墨烯无纺布拥有着多孔结构和较大的比表面积，对有机物的吸附速度和吸附量也是快而大的，在空气净化及污水净化领域具有极大的应用潜力。但值得注意的是，石墨烯表面具有疏水性不利于一些水溶性污染物的吸附。此外，对于传统吸附材料甚至新型吸附材料，比如活性炭、石墨烯气凝胶、石墨烯膜、石墨烯无纺布等而言，只是对重金属离子、染料、有机污染物等进行吸附再脱附处理，并没有从本质上解决污染物问题，另外脱附处理处理不完全的话很可能影响着下一次的吸附性能。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种光催化自清洁的复合无纺布及其制备方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：首先制备质子化氮化碳纳米片和氧化石墨烯短纤维，然后质子化氮化碳纳米片通过静电吸附的方式包覆在氧化石墨烯短纤维表面，通过化学还原得到氮化碳包覆的石墨烯短纤维，最终将氮化碳包覆的石墨烯短纤维形成无纺布。
具体制备步骤如下：
(1)将富氮化合物放入刚玉坩埚中，坩埚上端包裹上锡箔纸，并盖上盖子，放入到马弗炉中高温煅烧，得到黄色粉体。
(2)取5重量份以上步骤(1)中得到的黄色粉体，研磨后加入到100重量份以上的浓酸中，并在100℃油浴中搅拌12h以上，之后在超声波清洗仪中超声18h以上，最后将得到的溶液用1000重量份以上的水在10000rpm下进行反复离心洗涤，用2000目以上滤网过滤，得到质子化氮化碳纳米片水分散液。
(3)将固含量为8～20mg/g氧化石墨烯DMF分散液利用湿法纺丝技术通过乙酸乙酯凝固浴得到氧化石墨烯长纤维，并进行干燥，干燥温度为60～80℃，时间为8～12h，将干燥后的氧化石墨烯长纤维剪切成氧化石墨烯短纤维。
(4)将氧化石墨烯短纤维配置成1～10mg/g的氧化石墨烯短纤维水分散液，在70～90重量份的氧化石墨烯短纤维水分散液中加入0.5～10重量份步骤2得质子化氮化碳纳米片水分散液，在150～200rpm转速下充分搅拌3～8h，然后再向其中加入0.5～10重量份还原剂，继续搅拌8～24h，得氮化碳包覆石墨烯纤维水相分散液。
(5)利用真空抽滤装置将步骤(4)中的氮化碳包覆石墨烯纤维水相分散液沉积在滤网上，得到氮化碳包覆石墨烯纤维滤饼，使用冷冻干燥技术将滤饼进行干燥，得到氮化碳包覆石墨烯复合无纺布。
进一步地，步骤(1)中的富氮化合物由三聚氰胺、尿素、硫脲、双氰胺中的一种或者多种按照任意比例混合组成。
进一步地，步骤(1)中的高温煅烧温度为500～550℃，升温速率为2～5℃/min，保温时间为3～6h。
进一步地，步骤(1)中的浓酸由18M浓硫酸、12M浓盐酸、16M浓硝酸中的一种或者多种按照任意比例混合组成。
进一步地，步骤(4)中的还原剂由水合肼、葡萄糖、碘化氢、溴化氢、抗坏血酸、硼氢化钠中的一种或者多种按照任意比例混合组成。
进一步地，所述氧化石墨烯长纤维的长度为2～10cm，所述氧化石墨烯短纤维长度为1～5mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：氧化石墨烯因表面有含氧官能团，使得表面带有负电荷，Zata电位为负，不经质子化的g-C3N4也是带有负电荷，通过自组装形成的复合材料之间作用力可能不够紧密。本申请的技术方案是将g-C3N4经过酸化可以得到多孔纳米片，使其表面带有正电荷，Zata电位为正，有利于与氧化石墨烯通电静电吸附作用紧密地结合在一起。具有亲水性的氮化碳包覆在石墨烯无纺布的表面，使得复合无纺布具有两亲性，也拥有着多孔结构和较大的比表面积，能够对一些有机污染物和VOCs等进行吸附，再通过表面包覆的氮化碳在可见光的照射下，激发出电子-空穴对，此电子和空穴对有着很强的光催化还原能力和氧化能力，可以对一些有机污染物和VOCs等进行降解，实现自清洁效用，减少污染物再次污染的可能性。此外石墨烯有着优良的电子传输性质和高的载流子迁移率与g-C3N4形成的复合材料可以促进电子转移和电荷分离，增强光催化活性。本发明工艺简单合理，制备过程污染少。
附图说明
图1是氧化石墨烯短纤维、块体g-C3N4、质子化g-C3N4纳米片的Zata电位数据图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行进一步说明。
实施例1：
(1)将尿素放入到刚玉坩埚中，坩埚上端包裹上锡箔纸，并盖上盖子，放入到马弗炉中进行高温煅烧，煅烧温度为550℃，升温速率为5℃/min，保温时间为4h，得到黄色粉体；
(2)取5重量份步骤(1)中得到的黄色粉体，研钵中研磨后加入到100重量份的18M浓硫酸中，放入到100℃油浴中搅拌12h，之后在超声波清洗仪中超声18h，最后将得到的溶液用1000重量份水在10000rpm下进行反复离心洗涤，用2000目滤网过滤得到质子化氮化碳纳米片水分散液；
(3)将15mg/g氧化石墨烯DMF分散液利用湿法纺丝技术通过乙酸乙酯凝固浴得到氧化石墨烯长纤维，长度为1～5cm，并进行干燥，干燥温度为60℃，时间为8h，将干燥后的氧化石墨烯长纤维高速剪切成氧化石墨烯短纤维，长度为1～3mm；
(4)将氧化石墨烯短纤维配置成5mg/g的氧化石墨烯短纤维水分散液，在70重量份的氧化石墨烯短纤维水分散液中加入0.5重量份的质子化氮化碳纳米片水分散液，在200rpm转速下充分搅拌3h，然后再向其中加入5重量份硼氢化钠，继续搅拌8h，得到氮化碳包覆石墨烯纤维水相分散液；
(5)利用真空抽滤装置将步骤(4)中的氮化碳包覆石墨烯纤维水相分散液沉积在滤网上，得到氮化碳包覆石墨烯纤维滤饼，使用冷冻干燥技术将滤饼进行干燥，得到氮化碳包覆石墨烯复合无纺布。
经以上步骤，得到氮化碳包覆石墨烯复合无纺布的性能如表1所示。性能通过黑暗条件下复合无纺布在60min内对染料、有机污染物、VOCs吸附率和300W波长大于420nm的氙灯在120min照射下复合无纺布对染料、有机污染物、VOCs脱附率得到的。图1是氧化石墨烯短纤维、块体g-C3N4、质子化g-C3N4纳米片的Zata电位数据图。通过图中可知氧化石墨烯短纤维的Zata电位为-32.6，块体氮化碳Zata电位为-15.8，通过浓硫酸质子化之后，氮化碳纳米片的Zata电位为12.9，氧化石墨烯和质子化氮化碳纳米片可以通电静电吸附作用紧密地结合在一起。
实施例2：
(1)将尿素放入到刚玉坩埚中，坩埚上端包裹上锡箔纸，并盖上盖子，放入到马弗炉中进行高温煅烧，煅烧温度为550℃，升温速率为5℃/min，保温时间为4h，得到黄色粉体；
(2)取5重量份步骤(1)中得到的黄色粉体，研钵中研磨后加入到100重量份的18M浓硫酸中，放入到100℃油浴中搅拌12h，之后在超声波清洗仪中超声18h，最后将得到的溶液用1000重量份水在10000rpm下进行反复离心洗涤，用2000目滤网过滤得到了质子化氮化碳纳米片水分散液；
(3)将15mg/g氧化石墨烯DMF分散液利用湿法纺丝技术通过乙酸乙酯凝固浴得到氧化石墨烯长纤维，长度为3～8cm，并进行干燥，干燥温度为80℃，时间为8h，将干燥后的氧化石墨烯长纤维高速剪切成氧化石墨烯短纤维，长度为3～5mm；
(4)将氧化石墨烯短纤维配置成5mg/g的氧化石墨烯短纤维水分散液，在80重量份的氧化石墨烯短纤维水分散液中加入2重量份的质子化氮化碳纳米片水分散液，在150rpm转速下充分搅拌6h，然后再向其中加入5重量份抗坏血酸，继续搅拌8h，得到氮化碳包覆石墨烯纤维水相分散液；
(5)利用真空抽滤装置将步骤(4)中的氮化碳包覆石墨烯纤维水相分散液沉积在滤网上，得到氮化碳包覆石墨烯纤维滤饼，使用冷冻干燥技术将滤饼进行干燥，得到氮化碳包覆石墨烯复合无纺布。
经以上步骤，得到氮化碳包覆石墨烯复合无纺布的性能如表1所示。性能通过黑暗条件下复合无纺布在60min内对染料、有机污染物、VOCs吸附率和300W波长大于420nm的氙灯120min照射下复合无纺布在对染料、有机污染物、VOCs脱附率得到的。
实施例3：
(1)将尿素放入到刚玉坩埚中，坩埚上端包裹上锡箔纸，并盖上盖子，放入到马弗炉中进行高温煅烧，煅烧温度为550℃，升温速率为5℃/min，保温时间为4h，得到黄色粉体；
(2)取5重量份步骤(1)中得到的黄色粉体，研钵中研磨后加入到100重量份的18M浓硫酸中，放入到100℃油浴中搅拌12h，之后在超声波清洗仪中超声18h，最后将得到的溶液用1000重量份水在10000rpm下进行反复离心洗涤，用2000目滤网过滤得到了质子化氮化碳纳米片水分散液；
(3)将15mg/g氧化石墨烯DMF分散液利用湿法纺丝技术通过乙酸乙酯凝固浴得到氧化石墨烯长纤维，长度为5～10cm，并进行干燥，干燥温度为60℃，时间为12h，将干燥后的氧化石墨烯长纤维高速剪切成氧化石墨烯短纤维，长度为2～5mm；
(4)将氧化石墨烯短纤维配置成5mg/g的氧化石墨烯短纤维水分散液，在90重量份的氧化石墨烯短纤维水分散液中加入5重量份的质子化氮化碳纳米片水分散液，在180rpm转速下充分搅拌8h，然后再向其中加入5重量份水合肼和硼氢化钠，继续搅拌8h，得到氮化碳包覆石墨烯纤维水相分散液；
(5)利用真空抽滤装置将步骤(4)中的氮化碳包覆石墨烯纤维水相分散液沉积在滤网上，得到氮化碳包覆石墨烯纤维滤饼，使用冷冻干燥技术将滤饼进行干燥，得到氮化碳包覆石墨烯复合无纺布。
经以上步骤，得到氮化碳包覆石墨烯复合无纺布的性能如表1所示。性能通过黑暗条件下复合无纺布在60min内对染料、有机污染物、VOCs吸附率和300W波长大于420nm的氙灯在120min照射下复合无纺布对染料、有机污染物、VOCs脱附率得到的。
实施例4：
(1)将尿素放入到刚玉坩埚中，坩埚上端包裹上锡箔纸，并盖上盖子，放入到马弗炉中进行高温煅烧，煅烧温度为550℃，升温速率为5℃/min，保温时间为4h，得到黄色粉体；
(2)取5重量份步骤(1)中得到的黄色粉体，研钵中研磨后加入到100重量份的18M浓硫酸中，放入到100℃油浴中搅拌12h，之后在超声波清洗仪中超声18h，最后将得到的溶液用1000重量份水在10000rpm下进行反复离心洗涤，用2000目滤网过滤得到了质子化氮化碳纳米片水分散液；
(3)将15mg/g氧化石墨烯DMF分散液利用湿法纺丝技术通过乙酸乙酯凝固浴得到氧化石墨烯长纤维，长度为5～10cm，并进行干燥，干燥温度为60℃，时间为12h，将干燥后的氧化石墨烯长纤维高速剪切成氧化石墨烯短纤维，长度为2～5mm；
(4)将氧化石墨烯短纤维配置成5mg/g的氧化石墨烯短纤维水分散液，在70重量份的氧化石墨烯短纤维水分散液中加入10重量份的质子化氮化碳纳米片水分散液，在180rpm转速下充分搅拌8h，然后再向其中加入5重量份碘化氢，继续搅拌8h，得到氮化碳包覆石墨烯纤维水相分散液；
(5)利用真空抽滤装置将步骤(4)中的氮化碳包覆石墨烯纤维水相分散液沉积在滤网上，得到氮化碳包覆石墨烯纤维滤饼，使用冷冻干燥技术将滤饼进行干燥，得到氮化碳包覆石墨烯复合无纺布。
经以上步骤，得到氮化碳包覆石墨烯复合无纺布的性能如表1所示。性能通过黑暗条件下复合无纺布在60min内对染料、有机污染物、VOCs吸附率和300W波长大于420nm的氙灯在120min照射下复合无纺布对染料、有机污染物、VOCs脱附率得到的。
对比例1：
(1)将15mg/g氧化石墨烯DMF分散液利用湿法纺丝技术通过乙酸乙酯凝固浴得到氧化石墨烯长纤维，长度为1～5cm，并进行干燥，干燥温度为60℃，时间为8h，将干燥后的氧化石墨烯长纤维高速剪切成氧化石墨烯短纤维，长度为1～3mm；
(2)将氧化石墨烯短纤维配置成5mg/g的氧化石墨烯短纤维水分散液，在70重量份的氧化石墨烯短纤维水分散液中加入5重量份抗坏血酸，搅拌8h；
(3)利用真空抽滤装置将步骤(2)中的凝胶沉积在滤网上，得到氮化碳包覆石墨烯纤维滤饼，使用冷冻干燥技术将滤饼进行干燥，得到氮化碳包覆石墨烯复合无纺布。
经以上步骤，得到氮化碳包覆石墨烯复合无纺布。所得复合无纺布的性能如表1所示。性能通过黑暗条件下复合无纺布在60min内对染料、有机污染物、VOCs吸附率和300W波长大于420nm的氙灯在120min照射下复合无纺布对染料、有机污染物、VOCs脱附率得到的。
对比例2：
(1)将尿素放入到刚玉坩埚中，坩埚上端包裹上锡箔纸，并盖上盖子，放入到马弗炉中进行高温煅烧，煅烧温度为550℃，升温速率为5℃/min，保温时间为4h，得到黄色粉体；
(2)取5重量份步骤(1)中得到的黄色粉体，研钵中研磨后加入到100重量份的18M浓硫酸中，放入到100℃油浴中搅拌12h，之后在超声波清洗仪中超声18h，最后将得到的溶液用1000重量份水在10000rpm下进行反复离心洗涤，直至离心瓶底几乎无固体存在，用2000目滤网过滤得到了质子化氮化碳纳米片水分散液；
经以上步骤，得到氮化碳纳米片的性能如表1所示。性能通过黑暗条件下复合无纺布在60min内对染料、有机污染物、VOCs吸附率和300W波长大于420nm的氙灯在120min照射下纳米片对染料、有机污染物、VOCs脱附率得到的。
表1实施例中复合无纺布降解性能比较
对比实施例1～4和对比例1,2可以发现，无氮化碳纳米片负载的石墨烯无纺布在黑暗条件下吸附率和光照后脱附率相差无几，说明着没有氮化碳负载的石墨烯无纺布无光催化降解率。随着氮化碳纳米片负载量的不断增加，对于复合无纺布在黑暗条件下的吸附率逐渐减少，但光照后脱附量与之前的黑暗条件下的吸附量的比也是逐渐减少的，这说明氮化碳纳米片负载量增多，对可见光的吸收增强，激发出更多的电子-空穴对，通过石墨烯优良的电子传输性质和高的载流子迁移率，可以促进电子转移，有助于电子和空穴之间的分离，增强染料、有机污染物、VOCs的光催化降解率，但负载量太多也会有影响，可能是由于石墨烯无纺布表面负载量达到了饱和，随着氮化碳纳米片的继续包覆，吸附率略微有所增强，得益于氮化碳纳米片的多孔结构和高的比表面积对染料、有机污染物、VOCs的吸附，但光降解效率并没有太多的增幅。黑暗条件下的吸附率减少也可能是由于氮化碳纳米片负载减少了无纺布的比表面积，从而影响着复合无纺布的吸附率，此外在黑暗条件下石墨烯无纺布要比氮化碳纳米片对染料、有机污染物、VOCs吸附率要高很多，这与比表面积也有着很大的关系。对于不同染料吸附率也存在着大的差别，可能由于染料有着阳离子(甲基蓝)和阴离子(罗丹明B)染料之分，复合无纺布在水中带着负电，能够高效地吸附水中的阳离子染料，减弱对阴离子染料的吸附。
实施例5：
(1)将双氰胺放入到刚玉坩埚中，坩埚上端包裹上锡箔纸，并盖上盖子，放入到马弗炉中进行高温煅烧，煅烧温度为520℃，升温速率为3℃/min，保温时间为6h，得到黄色粉体；
(2)取5重量份步骤(1)中得到的黄色粉体，研钵中研磨后加入到100重量份的12M浓盐酸中，放入到100℃油浴中搅拌12h，之后在超声波清洗仪中超声18h，最后将得到的溶液用1000重量份水在10000rpm下进行反复离心洗涤，用2000目滤网过滤得到质子化氮化碳纳米片水分散液；
(3)将10mg/g氧化石墨烯DMF分散液利用湿法纺丝技术通过乙酸乙酯凝固浴得到氧化石墨烯长纤维，长度为3～7cm，并进行干燥，干燥温度为60℃，时间为12h，将干燥后的氧化石墨烯长纤维高速剪切成氧化石墨烯短纤维，长度为1～5mm；
(4)将氧化石墨烯短纤维配置成1mg/g的氧化石墨烯短纤维水分散液，在80重量份的氧化石墨烯短纤维水分散液中加入3重量份的质子化氮化碳纳米片水分散液，在150rpm转速下充分搅拌5h，然后再向其中加入0.5重量份硼氢化钠，继续搅拌18h，得到氮化碳包覆石墨烯纤维水相分散液；
(5)利用真空抽滤装置将步骤(4)中的氮化碳包覆石墨烯纤维水相分散液沉积在滤网上，得到氮化碳包覆石墨烯纤维滤饼，使用冷冻干燥技术将滤饼进行干燥，得到氮化碳包覆石墨烯复合无纺布。
经以上步骤，得到氮化碳包覆石墨烯复合无纺布的性能如表1所示。性能通过黑暗条件下复合无纺布在60min内对染料、有机污染物、VOCs吸附率和300W波长大于420nm的氙灯在120min照射下复合无纺布对染料、有机污染物、VOCs脱附率得到的。该复合无纺布在黑暗条件下对罗丹明B的吸附率为58.3％，在光照后脱附率为29.6％。
实施例6：
(1)将尿素和三聚氰胺放入到刚玉坩埚中，坩埚上端包裹上锡箔纸，并盖上盖子，放入到马弗炉中进行高温煅烧，煅烧温度为500℃，升温速率为2℃/min，保温时间为6h，得到黄色粉体；
(2)取5重量份步骤(1)中得到的黄色粉体，研钵中研磨后加入到100重量份的18M浓硫酸和16M浓硝酸中，放入到100℃油浴中搅拌12h，之后在超声波清洗仪中超声18h，最后将得到的溶液用2000重量份水在10000rpm下进行反复离心洗涤，用2000目滤网过滤得到质子化氮化碳纳米片水分散液；
(3)将20mg/g氧化石墨烯DMF分散液利用湿法纺丝技术通过乙酸乙酯凝固浴得到氧化石墨烯长纤维，长度为1～5cm，并进行干燥，干燥温度为80℃，时间为12h，将干燥后的氧化石墨烯长纤维高速剪切成氧化石墨烯短纤维，长度为1～3mm；
(4)将氧化石墨烯短纤维配置成10mg/g的氧化石墨烯短纤维水分散液，在70重量份的氧化石墨烯短纤维水分散液中加入7重量份的质子化氮化碳纳米片水分散液，在150rpm转速下充分搅拌6h，然后再向其中加入10重量份水合肼和葡萄糖，继续搅拌24h，得到氮化碳包覆石墨烯纤维水相分散液；
(5)利用真空抽滤装置将步骤(4)中的氮化碳包覆石墨烯纤维水相分散液沉积在滤网上，得到氮化碳包覆石墨烯纤维滤饼，使用冷冻干燥技术将滤饼进行干燥，得到氮化碳包覆石墨烯复合无纺布。
经以上步骤，得到氮化碳包覆石墨烯复合无纺布的性能如表1所示。性能通过黑暗条件下复合无纺布在60min内对染料、有机污染物、VOCs吸附率和300W波长大于420nm的氙灯在120min照射下复合无纺布对染料、有机污染物、VOCs脱附率得到的。该复合无纺布在黑暗条件下对罗丹明B的吸附率为55.6％，在光照后脱附率为11.5％。
实施例7：
(1)将硫脲放入到刚玉坩埚中，坩埚上端包裹上锡箔纸，并盖上盖子，放入到马弗炉中进行高温煅烧，煅烧温度为520℃，升温速率为3℃/min，保温时间为4h，得到黄色粉体；
(2)取5重量份步骤(1)中得到的黄色粉体，研钵中研磨后加入到100重量份的18M浓硫酸中，放入到100℃油浴中搅拌12h，之后在超声波清洗仪中超声18h，最后将得到的溶液用1000重量份水在10000rpm下进行反复离心洗涤，用2000目滤网过滤得到质子化氮化碳纳米片水分散液；
(3)将8mg/g氧化石墨烯DMF分散液利用湿法纺丝技术通过乙酸乙酯凝固浴得到氧化石墨烯长纤维，长度为2～5cm，并进行干燥，干燥温度为60℃，时间为12h，将干燥后的氧化石墨烯长纤维高速剪切成氧化石墨烯短纤维，长度为1～3mm；
(4)将氧化石墨烯短纤维配置成10mg/g的氧化石墨烯短纤维水分散液，在90重量份的氧化石墨烯短纤维水分散液中加入1重量份的质子化氮化碳纳米片水分散液，在200rpm转速下充分搅拌5h，然后再向其中加入5重量份硼氢化钠和溴化氢，继续搅拌18h，得到氮化碳包覆石墨烯纤维水相分散液；
(5)利用真空抽滤装置将步骤(4)中的氮化碳包覆石墨烯纤维水相分散液沉积在滤网上，得到氮化碳包覆石墨烯纤维滤饼，使用冷冻干燥技术将滤饼进行干燥，得到氮化碳包覆石墨烯复合无纺布。
经以上步骤，得到氮化碳包覆石墨烯复合无纺布的性能如表1所示。性能通过黑暗条件下复合无纺布在60min内对染料、有机污染物、VOCs吸附率和300W波长大于420nm的氙灯在120min照射下复合无纺布对染料、有机污染物、VOCs脱附率得到的。该复合无纺布在黑暗条件下对罗丹明B的吸附率为68.2％，在光照后脱附率为53.0％。

Claims (7)

1.一种光催化自清洁的复合无纺布，其特征在于，质子化氮化碳纳米片通过静电吸附的方式包覆在氧化石墨烯短纤维表面，通过化学还原得到氮化碳包覆的石墨烯短纤维，最终将氮化碳包覆的石墨烯短纤维形成无纺布。
2.根据权利要求1所述复合无纺布，其特征在于，所述复合无纺布通过以下方法制备得到：
(1)将富氮化合物放入刚玉坩埚中，坩埚上端包裹上锡箔纸，并盖上盖子，放入到马弗炉中高温煅烧，得到黄色粉体。
(2)取5重量份上述步骤(1)中得到的黄色粉体，研磨后加入到100重量份的浓酸中，并在100℃油浴中搅拌12h以上，之后在超声波清洗仪中超声18h以上，最后将得到的溶液用1000-2000重量份的水在10000rpm下进行反复离心洗涤，用2000目以上滤网过滤，得到质子化氮化碳纳米片水分散液。
(3)将固含量为8～20mg/g氧化石墨烯DMF分散液利用湿法纺丝技术通过乙酸乙酯凝固浴得到氧化石墨烯长纤维，并进行干燥，干燥温度为60～80℃，时间为8～12h，将干燥后的氧化石墨烯长纤维剪切成氧化石墨烯短纤维。
(4)将氧化石墨烯短纤维配置成1～10mg/g的氧化石墨烯短纤维水分散液，在70～90重量份的氧化石墨烯短纤维水分散液中加入0.5～10重量份步骤2得质子化氮化碳纳米片水分散液，在150～200rpm转速下充分搅拌3～8h，然后再向其中加入0.5～10重量份还原剂，继续搅拌8～24h，得氮化碳包覆石墨烯纤维水相分散液。
(5)利用真空抽滤装置将步骤(4)中的氮化碳包覆石墨烯纤维水相分散液沉积在滤网上，得到氮化碳包覆石墨烯纤维滤饼，使用冷冻干燥技术将滤饼进行干燥，得到氮化碳包覆石墨烯复合无纺布。
3.根据权利要求2所述复合无纺布，其特征在于，步骤(1)中的富氮化合物由三聚氰胺、尿素、硫脲、双氰胺中的一种或者多种按照任意比例混合组成。
4.根据权利要求2所述复合无纺布，其特征在于，步骤(1)中的高温煅烧温度为500～550℃，升温速率为2～5℃/min，保温时间为3～6h。
5.根据权利要求2所述复合无纺布，其特征在于，步骤(1)中的浓酸由18M浓硫酸、12M浓盐酸、16M浓硝酸中的一种或者多种按照任意比例混合组成。
6.根据权利要求2所述复合无纺布，其特征在于，步骤(4)中的还原剂由水合肼、葡萄糖、碘化氢、溴化氢、抗坏血酸、硼氢化钠中的一种或者多种按照任意比例混合组成。
7.根据权利要求2所述复合无纺布，其特征在于，所述氧化石墨烯长纤维的长度为2～10cm，所述氧化石墨烯短纤维长度为1～5mm。
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