[发明专利]利用静电纺丝技术制备的二氧化钛纤维膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纤维膜及其制备方法，具体地说是一种利用静电纺丝技术制备的具有光催化和杀菌能力的二氧化钛纤维膜及其制备方法。

背景技术

光催化技术可以直接利用自然光资源，通过光催化效应，起到降解环境污染物和抑菌杀菌的作用，目前是处理水污染的高效廉价方案。自1972年Fujishima等发现光照二氧化钛半导体电极具有分解水的功能，特别是1976年Cary等报道了在紫外光照射下二氧化钛-水体系可降解各种难降解有机物以来，利用二氧化钛光催化功能进行水处理的方法逐渐受到了重视。

二氧化钛光催化的基本原理是以N型半导体的能带理论为基础的，受激可以形成带负电的高活性电子(e-)合空穴(h+)，具有很强的还原能力，可以与气相中的O₂反应生成O₂-自由基，实现对吸附到二氧化钛表面的气体有机物的氧化分解；而空穴具有强氧化能力，可将H₂O分子转化为OH-自由基。OH-自由基具有极强的氧化能力，能无选择地氧化水体污染物。

二氧化钛有三种晶型：锐钛矿、金红石、板钛矿；其中锐钛矿和金红石相具有光催化效力，而两种复合光催化能力更佳。且光催化氧化的能力是随着粒径半径的减少而迅速增加。当的粒径减小到纳米级时，可产生表面效应和量子效应。但是，将纳米粉体直接用于废水处理，则难以将其回收，这就极大地限制了该技术的实际应用。

目前，人们通过将氧化钛固定在某种介质如硅胶、高分子膜、多孔铝陶瓷载体等上。这些方法虽然可使氧化钛易于分离。但是，由于固定化技术还不成熟，使得催化剂表面也降低，从而使催化活性下降。因此，寻找一种既能充分发挥光催化活性，又适宜快速分离的催化剂是目前人们致力于研究的一个方向。

纤维不仅具有相当高的光催化活性，且易于回收过滤。因此，氧化钛纤维是一种具有较好发展前景的光催化材料。自80年以后，已有数项专利涉及二氧化钛纤维的制备方法。如日本专利No.55003371、No.55136127、No.60259625、No.2164722、No.1246139。这些专利大多采用钛酸盐脱碱法制备二氧化钛纤维。但这种技术所得的纤维长度仅为微米级，并不是严格意义的纤维形态。

美国专利No.4166147、日本专利No.223323采用溶胶凝胶法制备二氧化钛纤维。即以钛的醇盐为原料，经水解和聚合反应获得纺丝液，纺丝煅烧获得二氧化钛纤维。该方法的缺点是反应条件难以控制，而且纺丝液不够稳定，纤维直径过大等。

静电纺丝技术(Anton Formhals，1930 US1975504；O·伊萨克；F·萨内特尼克；D·卢卡斯；V·柯特克；L·马蒂诺瓦；J·沙洛普埃克2005，CN1849418；王新威；胡祖明；潘婉莲；刘兆峰电纺丝制备高聚物纳米纤维东华大学学报2005，3：115)是通过在聚合物溶液中施加外加电场，来制造聚合物纤维的纺丝技术(即聚合物喷射静电拉伸纺丝法)，是一种制造超细纤维的重要方法，该方法与传统的方法明显不同。首先将聚合物溶液或熔体带上几千至上万伏高压静电，带电的聚合物液滴在电场力的作用下在毛细管的Taylor锥顶点被加速。当电场力足够大时，聚合物液滴可克服表面张力形成喷射细流。细流在喷射过程中溶剂蒸发或固化，最终落在接收装置上，形成类似非织造布状的纤维毡。

将静电纺丝技术与传统二氧化钛纤维技术相结合，Won keun Son等提出了合成纳米级二氧化钛纤维的新方法，这是一种借助原位聚合技术，不需高聚物提供纺丝粘度的新方法。他们最终获得了直径在2.28微米左右，致密均匀的氧化钛纤维膜。但该纤维膜直径过粗，大大削弱了氧化钛的光催化效力。

针对现有氧化钛纤维膜制备的工艺现状，急需一种真正意义上的纳米级的纤维直径、且成本低廉、制备方法简单、光催化性能好的纳米纤维膜。

发明内容

为了弥补现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种纤维直径为纳米级、均匀致密、成本低廉、制备方法简单的二氧化钛纤维膜；本发明的另一目的在于提供上述纤维膜的制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种利用静电纺丝技术制备的二氧化钛纤维膜，其中，所述纤维膜的纤维平均直径为200～1000纳米。

上述的利用静电纺丝技术制备的二氧化钛纤维膜，其中，所述的纤维膜具有锐钛矿晶型(见图4)。

一种利用静电纺丝技术制备的二氧化钛纤维膜的制备方法，具体步骤为：