CN114534749B - 一种具有压电效应的CA_MoS2@TNr纳米纤维膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于压电催化领域，具体涉及一种具有压电效应的CA/MoS2@TNr纳米纤维膜及其制备方法，通过将MoS2@TNr异质结键合和/或缔合于二醋酸纤维素所形成的CA/MoS2@TNr纳米纤维膜具有优异的压电效应，而且纤维直径小，比表面积大、孔隙率高，将其作为压电催化剂能够实现对污染物的快速、高效降解，降解率高达99%以上。
Description
技术领域
本发明属于压电催化领域，具体涉及一种具有压电效应的CA/MoS2@TNr纳米纤维膜及其制备方法。
背景技术
随着世界经济的增长，环境污染问题引起了研究人员的广泛关注。人类在生产活动中，向自然界中排放各类污染物，其中包括重金属污染物和有机污染物，这些污染物在自然条件下稳定性好，很难降解，而且对人体具有严重的毒害性，严重地危害了人们的生命安全。
目前，对污染物的降解方法也有些研究，包括化学处理方法、生物处理方法和物理处理方法等。例如，专利号CN 103898676 A公开了一种醋酸纤维素/二氧化钛复合纳米纤维吸附膜及其制备方法，首先将二氧化钛进行醇化处理，使其表面带有羟基 (TiO2-OH)， 再将其分散在去离子水中制成二氧化钛溶液；将醋酸纤维素溶解于溶剂中，获得透明醋酸纤维素溶液；将二氧化钛溶液与醋酸纤维素溶液进行混合，再通过静电纺丝获得纳米吸附膜，具有较高重金属离子吸附容量和吸附速率的优点。然而该发明制备的吸附膜对污染物的降解属于物理吸附，存在降解速率慢、降解不完全的问题，而且只能用于对重金属污染物的吸附，难以在实际应用中进行推广。
因此，寻求一种降解速度快、对污染物降解效果好的材料具有重要的意义。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种具有压电效应的CA/MoS2@TNr纳米纤维膜及其制备方法，所制备的CA/MoS2@TNr纳米纤维膜具有优异的压电效应，能够实现对污染物的快速、高效降解，降解率高达99%以上。
压电效应是指某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。当作用力的方向改变时，电荷的极性也随之改变。相反，当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质也会发生变形，电场去掉后，电介质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应。
压电材料能够将环境中的机械能转化为电能。当它们受到某固定方向外力的作用时，内部就产生电极化现象，同时在某两个表面上产生符号相反的电荷，向环境中释放电子，进而可以分解水产生氢气以及降解环境中的污染物。本申请的发明人发现通过压电极化技术可以有效地促进化学催化反应，并且可以超出化学或者结构修饰的极限，因此，可以将压电材料用于对污染物的催化降解。由此，创造了本发明。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种具有压电效应的CA/MoS2@TNr纳米纤维膜，其为MoS2@TNr异质结键合和/或缔合于二醋酸纤维素所形成的多孔薄膜。
异质结材料是由两种不同元素或不同成分材料所构成的具有一定结型的半导体材料。结两边的导电类型由掺杂控制，掺杂类型相同的称为“同型异质结”，掺杂类型不同的称为“异型异质结”。作为异型异质结的一种，MoS2@TNr异质结由窄带隙的MoS2与宽带隙的TiO2相互敏化形成，具有高比表面积和良好的压电性能，由于结两边材料的禁带宽度和其他特性不同，从而容易发生极化，因此，MoS2@TNr异质结成为压电催化降解污染物的理想材料。
然而，由于MoS2@TNr异质结中MoS2和TNr（即TiO2）的介电常数不同，会使界面处出现能带的凸起和凹陷，导致能带出现不连续；而且在异质结界面处存在比较复杂的界面态，可能造成稳定性下降。另外MoS2@TNr异质结材料呈粉末状，这使得在催化降解污染物时，容易出现沉积，导致与污染物接触面积小，催化率不高，而且催化过后不易回收。因此，为了提高压电催化性能，实现对污染物的快速降解，以及方便回收，本申请将MoS2@TNr异质结制成薄膜。
醋酸纤维，是一种人造纤维，以醋酸作为溶剂，醋酐作为乙酰化剂，在催化剂作用下进行酯化而得到的一种热塑性树脂，是纤维素衍生物中最早进行商品化生产并且不断发展的纤维素有机酸酯。根据酯化度不同，包括一醋酸纤维素（MCA）、二醋酸纤维素（CA）和三醋酸纤维素（TCA），其中二醋酸纤维素（CA）作为多孔膜材料，具有选择性高、透水量大、加工简单等特点，因此被广泛应用在过滤、吸附等领域。二醋酸纤维素表面含有羰基、酯基、羟基、醚键以及丰富的乙酰基等含氧基团，MoS2@TNr异质结中的二氧化钛（TNr）具有极性较大的Ti-O键，表面吸附的水因极化发生解离，易形成羟基，可与二醋酸纤维素表面的含氧基团之间形成化学键和/或氢键；此外，二硫化钼（MoS2）在剥离为单层及少量基数层后，受外界应力作用时会发生形变，使正负电荷中心不重合，从而具有较强的压电性。当MoS2@TNr异质结与二醋酸纤维素（CA）复合后，一维的二醋酸纤维素插层到二维的二硫化钼层，使得二硫化钼被进一步剥离为单层或少量基数层，而且二硫化钼性脆，不易成膜，二醋酸纤维素表面大量带负电的基团可以有效防止二硫化钼发生团聚，并给予其柔性，进而得到具有压电效应的CA/MoS2@TNr纳米纤维膜。在进行污染物降解时，首先利用醋酸纤维素的吸附性能，将污染物吸附到薄膜表面，起到富集作用；随后，在外力作用下，该薄膜上的异质结可以对污染物进行有效的催化降解，进而同时提高了催化降解速率和降解量。
作为本发明进一步的方案：所述MoS2@TNr异质结和二醋酸纤维素的质量比为（1-2）：（30-40），例如，可以为1:15，1:20，1:30，1:35，1:40，2:33，2:35等。若异质结的量过少，则影响压电催化效果；二醋酸纤维素的添加量过少，所形成的纳米纤维膜韧性不足、易断裂。
二醋酸纤维素的乙酰度不但影响成膜性能和膜的稳定性，而且影响与异质结的键合程度。作为本发明进一步的方案：所述二醋酸纤维素的均分子量为40000~50000，乙酰度为38%~40%。
另外，本发明还提供了一种具有压电效应的CA/MoS2@TNr纳米纤维膜的制备方法，包括以下步骤：
（1）制备MoS2@TNr异质结；
（2）配制二醋酸纤维素溶液，将步骤（1）制备的MoS2@TNr异质结加入到二醋酸纤维素溶液中，混合搅拌，得到静电纺丝液；
（3）将步骤（2）得到的静电纺丝液在静电纺丝机上进行纺丝，得到纳米纤维膜。
静电纺丝技术是指在高压静电力作用下，高分子溶液液滴克服表面张力而形成泰勒锥，聚合物经过充分拉伸，随溶剂挥发而固化，最终形成一种超细纤维的方法。在纺丝过程中，带电液滴受到电场力作用，当电压达到临界值时，静电力大于表面张力，液滴形成连续纤维而收集于接收板上。因此，本申请将MoS2@TNr异质结与二醋酸纤维素混合形成的静电纺丝液经静电纺丝工艺制备得到的CA/MoS2@TNr纳米纤维膜表面光滑，分布均匀，不仅可控制MoS2@TNr的压电性，而且还可实现将β晶型的拉伸与将极化步骤简化为同时进行。
其中，步骤（1）中MoS2@TNr异质结的制备工艺不限，可以采用如专利CN108889315B公开的方法，先制备TiO2薄膜，然后将纳米MoS2在TiO2薄膜(TNr)上原位生长得到，也可以通过水热法合成。作为本发明进一步的方案，采用两步水热法得到MoS2@TNr异质结，其制备步骤为：
S1. 水热法处理二氧化钛前驱体，得到TNr粉末；
S2. 将S1得到的TNr粉末进行酸化，得到TNraid粉末；
S3. 将S2制备的TNraid粉末溶解于含钼源和硫源的溶液中，得到混合溶液；
S4. 将S3得到的混合溶液经水热反应，得到MoS2@TNr异质结。
首先，经水热法处理后，三维的纳米二氧化钛前驱体转化成表面光滑的一维二氧化钛纳米棒，随后通过酸化对一维二氧化钛纳米棒进行表面改性，使得酸化后的二氧化钛克服了TiO2与MoS2之间的晶格错配障碍，为MoS2纳米片的成核和生长提供了较高的结合能位点。然后，对含钼源、硫源以及TNraid的溶液进行水热反应，由于高晶格匹配和MoS2表面产生的强极性基团的影响，将单层和少层MoS2纳米片牢固地附着在TNr表面，从而得到了高晶格匹配的MoS2@TNr异质结。
作为本发明进一步的方案：在MoS2@TNr异质结的制备步骤中，S1中所述水热法的温度为180-250℃，水热时间为15-20h；S4中所述水热反应的温度为200-250℃，水热时间为18-24h。
作为本发明进一步的方案：在MoS2@TNr异质结的制备步骤中，S3所述钼源为钼酸钠；所述硫源为硫代乙酰胺。
溶剂的性质对静电纺丝纤维的成形与结构和性能有很大的影响，溶剂的挥发性对纤维的形态起着重要的作用。作为本发明进一步的方案：步骤（2）中使用丙酮和N，N二甲基乙酰胺作为溶剂配制所述二醋酸纤维素溶液，以增加其在纺丝过程中的挥发度。
丙酮和N，N-二甲基乙酰胺（DMAc）的配比可控制静电纺丝的直径，作为本发明进一步的方案：所述丙酮和N，N二甲基乙酰胺的体积比为（6-10）：（5-9）。
随着对静电纺丝溶液施加的电压增大，体系的静电力增大，液滴的分裂能力相应增强，所得纤维的直径趋于减小。而且，纤维直径随着接收距离的增大而减小，作为本发明进一步的方案：步骤（3）在进行所述纺织时，所述静电纺丝机的纺丝电压为15-18KV，纺丝流量为0.4-0.5 ml/h，纺丝接收距离为15-18cm。
本申请首先通过两歩水热法合成MoS2@TNr异质结，然后使用静电纺丝工艺将该异质结与二醋酸纤维素复合得到具有压电效应的CA/MoS2@TNr纳米纤维膜。利用所得到的纳米纤维膜作为降解污染物的压电催化剂，在对污染物的催化降解过程中发生两个过程：首先利用二醋酸纤维素的吸附作用，将污染物吸附并富集到纳米纤维膜的表面达到吸附/脱附平衡，随后在超声、搅拌、震动等机械力作用下，该纳米纤维薄膜发生电极化现象将机械能转化为化学能，从而高效催化污染物的降解。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、本申请将MoS2@TNr异质结键合和/或缔合于二醋酸纤维素所形成的CA/MoS2@TNr纳米纤维膜具有优异的压电效应，将其作为压电催化剂能够实现对污染物的快速、高效降解，降解率高达99%以上。
2、本申请利用静电纺丝工艺，使得所制备的纳米纤维膜纤维直径小，比表面积大、孔隙率高，从而对污染物具有强的吸附作用，进而提高催化降解量。
附图说明
图1是本发明实施例1制备的具有压电效应的CA/MoS2@TNr纳米纤维膜的扫描电镜图。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
实施例1
一种具有压电效应的CA/MoS2@TNr纳米纤维膜，其为MoS2@TNr异质结键合和/或缔合于二醋酸纤维素所形成的多孔薄膜。具体通过以下步骤进行制备：
S1、称取 0.8 g P25（锐钛矿 80%；金红石 20%）分散于 50 mL 浓度为 10 mol/L的 NaOH 溶液中，搅拌 10 分钟后，超声分散 10 分钟，然后将该混合液转移 到50 mL的反应釜中，在 250℃ 的温度下水热反应 24 小时。水热反应结束后，待其冷却至室温，用去离子水对所得的白色沉淀物进行多次洗涤，直至中性；
S2、将步骤S1制备的白色沉淀物转移到浓度为1 mol/L的HCl 溶液，持续搅拌 2小时。搅拌结束后，再次用去离子水对沉淀物进行洗涤，直至中性，随后将沉淀物在 70℃干燥 12小时，研磨，得到TNr粉末；
S3、将步骤S2制备的 TNr粉末转移到 50 mL 浓度为0.2 mol/L的 H2SO4溶液中，并在 100℃的温度下反应12小时，反应结束后，将沉淀物用去离子水重复洗涤至中性，随后70℃干燥12小时，研磨，得到 TNraid白色粉末；
S4、称取 0.4 g Na2MoO4‧2H2O 和0.8 g CH3CSNH2先后于50 mL去离子水中，不断搅拌至完全溶解。然后将0.8gS3制备的TNraid白色粉末溶解在该溶液中，不断搅拌至混合均匀，并且调节溶液的PH=6，随后将该混合溶液转移到50ml的反应釜，在250℃的温度下水热反应24小时。反应结束后，将所得黑色沉淀物用去离子水重复洗涤，随后在70℃下干燥、研磨得到黑色的MoS2@TNr粉末；
S5、取10ml丙酮和5ml N，N二甲基乙酰胺混合后配置成溶剂，将2.5g二醋酸纤维素（相对平均分子量为40000，乙酰度为38%~40%）溶解在该溶剂中，用磁力搅拌器搅拌8h，得到二醋酸纤维素溶液；
S6、取0.08gS4制备的MoS2@TNr粉末融于S5的二醋酸纤维素溶液中，用磁力搅拌器搅拌2h，得到静电纺丝液；
S7、将步骤S6制备的静电纺丝液装入5mL注射针管中，安装到静电纺丝机上，注射针管与直流高压电源连接，电压为18KV，注射泵以0.5ml/h的速度进料，喷射针头与收集器之间的距离为18cm，纺织成具有片状结构的纳米纤维薄膜；
S8、将步骤S7纺织的纳米纤维膜置于真空干燥箱中在60℃下干燥12h，得到具有压电效应的CA/MoS2@TNr纳米纤维膜。
使用Hitachi, F-4500 扫描电子显微镜对本实施例制备的CA/MoS2@TNr纳米纤维膜进行扫描电镜（SEM）测试，如图1所示。从图1可以看出，CA/MoS2@TNr纳米纤维膜表面光滑，分布均匀，取向性一致，每根静电纺丝的宽度为300-500nm；静电纺丝的空隙直径为0.02-4um，表明本发明制得的纤维膜中单根纤维宽度为纳米级，比表面积大，可用于对污染物的吸附。
实施例2
一种具有压电效应的CA/MoS2@TNr纳米纤维膜，其为MoS2@TNr异质结键合和/或缔合于二醋酸纤维素所形成的多孔薄膜。具体通过以下步骤进行制备：
S1、称取 0.8 g P25（锐钛矿 80%；金红石 20%）分散于 50 mL 浓度为 10 mol/L的 NaOH 溶液中，搅拌 10 分钟后，超声分散 10 分钟，然后将该混合液转移 到50 mL的反应釜中，在 180℃ 的温度下水热反应15小时。水热反应结束后，待其冷却至室温，用去离子水对所得的白色沉淀物进行多次洗涤，直至中性；
S2、将步骤S1制备的白色沉淀物转移到浓度为1 mol/L的HCl 溶液，持续搅拌 2小时。搅拌结束后，再次用去离子水对沉淀物进行洗涤，直至中性，随后将沉淀物在 70℃干燥 12小时，研磨，得到TNr粉末；
S3、将步骤S2制备的 TNr粉末转移到 50 mL 浓度为0.2 mol/L的 H2SO4溶液中，并在 100℃的温度下反应12小时，反应结束后，将沉淀物用去离子水重复洗涤至中性，随后70℃干燥12小时，研磨，得到 TNraid白色粉末；
S4、称取 0.4 g Na2MoO4‧2H2O 和0.8 g CH3CSNH2先后于50 mL去离子水中，不断搅拌至完全溶解。然后将0.8gS3制备的TNraid白色粉末溶解在该溶液中，不断搅拌至混合均匀，并且调节溶液的PH=6，随后将该混合溶液转移到50ml的反应釜，在200℃的温度下水热反应18小时。反应结束后，将所得黑色沉淀物用去离子水重复洗涤，随后在70℃下干燥、研磨得到黑色的MoS2@TNr粉末；
S5、取6ml丙酮和9ml N,N二甲基乙酰胺混合后配置成溶剂，将1.5g二醋酸纤维素（相对平均分子量为40000，乙酰度为38%~40%）溶解在该溶剂中，用磁力搅拌器搅拌8h，得到二醋酸纤维素溶液；
S6、取0.04gS4制备的MoS2@TNr粉末融于S5的二醋酸纤维素溶液中，用磁力搅拌器搅拌2h，得到静电纺丝液；
S7、将步骤S6制备的静电纺丝液装入5mL注射针管中，安装到静电纺丝机上，注射针管与直流高压电源连接，电压为15KV，注射泵以0.4ml/h的速度进料，喷射针头与收集器之间的距离为15cm，纺织成具有片状结构的纳米纤维薄膜；
S8、将步骤S7纺织的纳米纤维膜置于真空干燥箱中在60℃下干燥12h，得到具有压电效应的CA/MoS2@TNr纳米纤维膜。
实施例3
一种具有压电效应的CA/MoS2@TNr纳米纤维膜，其为MoS2@TNr异质结键合和/或缔合于二醋酸纤维素所形成的多孔薄膜。具体通过以下步骤进行制备：
S1、称取 0.8 g P25（锐钛矿 80%；金红石 20%）分散于 50 mL 浓度为 10 mol/L的 NaOH 溶液中，搅拌 10 分钟后，超声分散 10 分钟，然后将该混合液转移 到50 mL的反应釜中，在 200℃ 的温度下水热反应20小时。水热反应结束后，待其冷却至室温，用去离子水对所得的白色沉淀物进行多次洗涤，直至中性；
S2、将步骤S1制备的白色沉淀物转移到浓度为1 mol/L的HCl 溶液，持续搅拌 2小时。搅拌结束后，再次用去离子水对沉淀物进行洗涤，直至中性，随后将沉淀物在 70℃干燥 12小时，研磨，得到TNr粉末；
S3、将步骤S2制备的 TNr粉末转移到 50 mL 浓度为0.2 mol/L的 H2SO4溶液中，并在 100℃的温度下反应12小时，反应结束后，将沉淀物用去离子水重复洗涤至中性，随后70℃干燥12小时，研磨，得到 TNraid白色粉末；
S4、称取 0.4 g Na2MoO4‧2H2O 和0.8 g CH3CSNH2先后于50 mL去离子水中，不断搅拌至完全溶解。然后将0.8gS3制备的TNraid白色粉末溶解在该溶液中，不断搅拌至混合均匀，并且调节溶液的PH=6，随后将该混合溶液转移到50ml的反应釜，在220℃的温度下水热反应20小时。反应结束后，将所得黑色沉淀物用去离子水重复洗涤，随后在70℃下干燥、研磨得到黑色的MoS2@TNr粉末；
S5、取10ml丙酮和9ml N,N二甲基乙酰胺混合后配置成溶剂，将1.8g二醋酸纤维素（相对平均分子量为50000，乙酰度为38%~40%）溶解在该溶剂中，用磁力搅拌器搅拌8h，得到二醋酸纤维素溶液；
S6、取0.12gS4制备的MoS2@TNr粉末融于S5的二醋酸纤维素溶液中，用磁力搅拌器搅拌2h，得到静电纺丝液；
S7、将步骤S6制备的静电纺丝液装入5mL注射针管中，安装到静电纺丝机上，注射针管与直流高压电源连接，电压为16KV，注射泵以0.4ml/h的速度进料，喷射针头与收集器之间的距离为16cm，纺织成具有片状结构的纳米纤维薄膜；
S8、将步骤S7纺织的纳米纤维膜置于真空干燥箱中在60℃下干燥12h，得到具有压电效应的CA/MoS2@TNr纳米纤维膜。
实施例4
一种具有压电效应的CA/MoS2@TNr纳米纤维膜，其为MoS2@TNr异质结键合和/或缔合于二醋酸纤维素所形成的多孔薄膜。具体通过以下步骤进行制备：
S1、称取 0.8 g P25（锐钛矿 80%；金红石 20%）分散于 50 mL 浓度为 10 mol/L的 NaOH 溶液中，搅拌 10 分钟后，超声分散 10 分钟，然后将该混合液转移 到50 mL的反应釜中，在 220℃ 的温度下水热反应18小时。水热反应结束后，待其冷却至室温，用去离子水对所得的白色沉淀物进行多次洗涤，直至中性；
S2、将步骤S1制备的白色沉淀物转移到浓度为1 mol/L的HCl 溶液，持续搅拌 2小时。搅拌结束后，再次用去离子水对沉淀物进行洗涤，直至中性，随后将沉淀物在 70℃干燥 12小时，研磨，得到TNr粉末；
S3、将步骤S2制备的 TNr粉末转移到 50 mL 浓度为0.2 mol/L的 H2SO4溶液中，并在 100℃的温度下反应12小时，反应结束后，将沉淀物用去离子水重复洗涤至中性，随后70℃干燥12小时，研磨，得到 TNraid白色粉末；
S4、称取 0.4 g Na2MoO4‧2H2O 和0.8 g CH3CSNH2先后于50 mL去离子水中，不断搅拌至完全溶解。然后将0.8gS3制备的TNraid白色粉末溶解在该溶液中，不断搅拌至混合均匀，并且调节溶液的PH=6，随后将该混合溶液转移到50ml的反应釜，在240℃的温度下水热反应22小时。反应结束后，将所得黑色沉淀物用去离子水重复洗涤，随后在70℃下干燥、研磨得到黑色的MoS2@TNr粉末；
S5、取6ml丙酮和5ml N,N二甲基乙酰胺混合后配置成溶剂，将2.2g二醋酸纤维素（相对平均分子量为50000，乙酰度为38%~40%）溶解在该溶剂中，用磁力搅拌器搅拌8h，得到二醋酸纤维素溶液；
S6、取0.11gS4制备的MoS2@TNr粉末融于S5的二醋酸纤维素溶液中，用磁力搅拌器搅拌2h，得到静电纺丝液；
S7、将步骤S6制备的静电纺丝液装入5mL注射针管中，安装到静电纺丝机上，注射针管与直流高压电源连接，电压为17KV，注射泵以0.5ml/h的速度进料，喷射针头与收集器之间的距离为17cm，纺织成具有片状结构的纳米纤维薄膜；
S8、将步骤S7纺织的纳米纤维膜置于真空干燥箱中在60℃下干燥12h，得到具有压电效应的CA/MoS2@TNr纳米纤维膜。
实施例5
一种具有压电效应的CA/MoS2@TNr纳米纤维膜，其为MoS2@TNr异质结键合和/或缔合于二醋酸纤维素所形成的多孔薄膜。具体通过以下步骤进行制备：
S1、称取 0.8 g P25（锐钛矿 80%；金红石 20%）分散于 50 mL 浓度为 10 mol/L的 NaOH 溶液中，搅拌 10 分钟后，超声分散 10 分钟，然后将该混合液转移 到50 mL的反应釜中，在 240℃ 的温度下水热反应23小时。水热反应结束后，待其冷却至室温，用去离子水对所得的白色沉淀物进行多次洗涤，直至中性；
S2、将步骤S1制备的白色沉淀物转移到浓度为1 mol/L的HCl 溶液，持续搅拌 2小时。搅拌结束后，再次用去离子水对沉淀物进行洗涤，直至中性，随后将沉淀物在 70℃干燥 12小时，研磨，得到TNr粉末；
S3、将步骤S2制备的 TNr粉末转移到 50 mL 浓度为0.2 mol/L的 H2SO4溶液中，并在 100℃的温度下反应12小时，反应结束后，将沉淀物用去离子水重复洗涤至中性，随后70℃干燥12小时，研磨，得到 TNraid白色粉末；
S4、称取 0.4 g Na2MoO4‧2H2O 和0.8 g CH3CSNH2先后于50 mL去离子水中，不断搅拌至完全溶解。然后将0.8gS3制备的TNraid白色粉末溶解在该溶液中，不断搅拌至混合均匀，并且调节溶液的PH=6，随后将该混合溶液转移到50ml的反应釜，在230℃的温度下水热反应23小时。反应结束后，将所得黑色沉淀物用去离子水重复洗涤，随后在70℃下干燥、研磨得到黑色的MoS2@TNr粉末；
S5、取8ml丙酮和6ml N,N二甲基乙酰胺混合后配置成溶剂，将1.6g二醋酸纤维素（相对平均分子量为40000，乙酰度为38%~40%）溶解在该溶剂中，用磁力搅拌器搅拌8h，得到二醋酸纤维素溶液；
S6、取0.07gS4制备的MoS2@TNr粉末融于S5的二醋酸纤维素溶液中，用磁力搅拌器搅拌2h，得到静电纺丝液；
S7、将步骤S6制备的静电纺丝液装入5mL注射针管中，安装到静电纺丝机上，注射针管与直流高压电源连接，电压为18KV，注射泵以0.5ml/h的速度进料，喷射针头与收集器之间的距离为15cm，纺织成具有片状结构的纳米纤维薄膜；
S8、将步骤S7纺织的纳米纤维膜置于真空干燥箱中在60℃下干燥12h，得到具有压电效应的CA/MoS2@TNr纳米纤维膜。
对比例1
与实施例1唯一不同的是，步骤S6中不添加MoS2@TNr粉末。
对比例2
按照与实施例1中步骤S1-S4相同的方法制备得到MoS2@TNr粉末。
评价
A.压电性能
压电常数d33是压电体把机械能转变为电能或把电能转变为机械能的转换系数。它反映了压电材料弹性（机械）性能与介电性能之间的耦合关系。通常使用压电常数反映压电材料的压电性能。
采用无锡裕天科技有限公司的YE2730A准静态压电常数 d33 测量仪对本发明实施例和对比例所制备的纳米纤维膜的压电常数进行测试。具体步骤为：
1.首先开机预热10min，显示部分调整为d33以及×1；
2.校正仪器：取出较正规，将夹具夹住校正规，将旋转钮旋转到无声震动，直至显示屏为499为止；
3.校正完成后，取出校正规，然后换上待测样品薄片，测量其压电常数d33；并将不同样品的压电常数值记录于表1中。
表1不同样品的压电常数
从表1可以看出，与对比例1相比，本发明实施例所制备的纳米纤维膜压电性能明显提升，表明MoS2@TNr所作的技术贡献；
对比例2的压电常数小于实施例1，表明将MoS2@TNr键合/缔合于二醋酸纤维素，并通过静电纺丝工艺制备成纳米纤维膜所作的技术贡献。
压电催化性能
以罗丹明B模拟有机污染物，分别将本发明实施例1和对比例所制备的CA/MoS2@TNr纳米纤维膜与罗丹明B混合超声，一段时间后通过罗丹明B的含量变化，反映压电催化降解污染物的性能。催化降解污染物的具体操作方法为：
（1） 取10mg的CA/MoS2@TNr纳米纤维膜放入到盛有100ml罗丹明B（浓度为10mg/L）溶液的烧杯中；
（2）将加入CA/MoS2@TNr纳米纤维膜的溶液先避光搅拌10min，使染料在催化剂表面达到吸附/脱附平衡(暗反应)；
（3）将经过暗反应之后的溶液置于超声波清洗器(BRANSONIC，CPX2800H-C)(功率：110W，频率：40kHz)中，在超声条件（通过超声提供外力作用，使得压电材料产生极化现象）下进行压电催化降解反应；
（4）在步骤（3）超声反应过程中，每隔1min取一次样品，每次取3mL反应溶液，过滤，然后将清液置于石英玻璃器皿中，用紫外可见分光光度计测试。根据Lambert–Beer定律，有机物特征吸收峰强度的变化，可以定量计算其浓度变化。采用与上述相同的方法，还测试了对重金属离子Cr6+的催化降解效果（由于Cr6+为橙红色，被还原成的Cr3+为绿色，此处仅关注波长在橙红色范围内的吸光度），结果分别如表2、表3、表4所示。
其中，催化降解率=（C0- C）/C0；C0为污染物的初始浓度，C为降解一段时间后测量的污染物的浓度值
表2 实施例1对污染物的压电催化降解性能
表3 对比例1对污染物的压电催化降解性能
表4 对比例2对污染物的压电催化降解性能
从表2-4可以看出，通过本发明制备的CA/MoS2@TNr纳米纤维膜无论是对有机污染物还是重金属离子污染物均有良好的压电催化降解性能，在5min之内基本完全降解，降解速率快，且可达到99%以上的高降解率；
对比例1的催化降解速率和降解量明显低于实施例1，表明MoS2@TNr所作的技术贡献；
与对比例2相比，本发明实施例1的压电催化降解率更高，表明将MoS2@TNr键合/缔合于二醋酸纤维素，并通过静电纺丝工艺制备成纳米纤维膜所作的技术贡献。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种具有压电效应的CA/MoS2@TNr纳米纤维膜在压电催化降解污染物中的应用，其特征在于，所述CA/MoS2@TNr纳米纤维膜为MoS2@TNr异质结键合和/或缔合于二醋酸纤维素形成的多孔薄膜；所述MoS2@TNr异质结和二醋酸纤维素的质量比为（1-2）：（30-40）；所述二醋酸纤维素的相对平均分子量为40000~50000，乙酰度为38%~40%；
所述的具有压电效应的CA/MoS2@TNr纳米纤维膜的制备方法，包括以下步骤：
（1）制备MoS2@TNr异质结；
（2）配制二醋酸纤维素溶液，然后将步骤（1）制备的MoS2@TNr异质结加入到二醋酸纤维素溶液中，得到静电纺丝液；
（3）将步骤（2）得到的静电纺丝液在静电纺丝机上进行纺丝，得到所述纳米纤维膜；
其中，步骤（2）配制所述二醋酸纤维素溶液的溶剂为丙酮和N，N二甲基乙酰胺；
所述丙酮和N，N二甲基乙酰胺的体积比为（6-10）：（5-9）；
步骤（1）所述MoS2@TNr异质结的制备步骤为：
S1. 水热法处理二氧化钛前驱体，得到TNr粉末；
S2. 将S1得到的TNr粉末进行酸化，得到TNraid粉末；
S3. 将S2制备的TNraid粉末溶解于含钼源和硫源的溶液中，得到混合溶液；
S4. 将S3得到的混合溶液经水热反应，得到MoS2@TNr异质结；
在MoS2@TNr异质结的制备中，S3所述钼源为钼酸钠；所述硫源为硫代乙酰胺。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，在MoS2@TNr异质结的制备中，S1中所述水热法的温度为180-250℃，时间为15-24h；S4中所述水热反应的温度为200-250℃，水热反应时间为18-24h。
3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，步骤（3）在进行所述纺丝时，所述静电纺丝机的纺丝电压为15-18KV，纺丝流量为0.4-0.5 ml/h，纺丝接收距离为15-18 cm。
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| 不同方法制备MoS2/TiO２光催化材料的研究;黄宛真等;功能材料;第09204-09207页 * |
| 静电纺丝制备TiO2/CA复合纳米纤维及其光催化降解染料性能;凌良仲等;纺织导报;第99-101页 * |
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