[发明专利]一种光催化功能性涤纶纤维的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光催化功能性涤纶纤维的制备方法。适用于空气净化，水净化，抗菌杀菌，自清洁，建筑装璜材料等与人们生活息息相关的诸多领域。

背景技术

自从Fujishima和Honda成功利用TiO₂光电催化分解水产生氢气以来，TiO₂在光电转换、气敏、光敏以及污染物降解等方面的应用得到了广泛的研究。由于这种纳米二氧化钛粒子在受到紫外光激发后，电子和正穴得以分离，从而具有强烈的氧化还原能力。这种氧化还原能力是如此的强烈，甚至可以打断C-H键，因此用它可以来分解绝大多数的有机物。而这种分解有机物的功能，可以派生出一些例如空气净化，水净化，抗菌杀菌，自清洁等与人们生活息息相关的实用性功能。

另一方面，近年来，污染问题愈发受到关注。目前净化有机物的方法有吸附法、光催化净化法，还有新兴的纳米材料净化技术、微波催化氧化技术、膜基吸收净化技术、生物过滤技术等，其中尤以吸附法、光催化法、纳米光催化法最为常用。纳米光催化法优点在于该技术在紫外光照射下，在室温条件下就能将许多有机污染物氧化成无毒无害的CO₂和H₂O，并且这个过程不需要其他化学辅助剂，反应条件温和，二次污染小、运行成本低和可望利用太阳光为反应光源，再加上纳米TiO2制备成本低、化学稳定性和抗磨损性能良好，是目前最具发展前景的室内空气净化技术。已有的研究表明，光催化剂在环境污染物治理方面显示出良好的应用前景。

但是当人们试图将这种纳米粒子应用到实际中却发现，由于纳米TiO₂对于分解对象没有选择性，若直接复合到有机物基体材料中，会削弱基体材料的耐老化性能，降低材料的光学稳定性，缩短材料的使用寿命，因此限制了其在有机载体上的应用。例如，为了得到自清洁和空气净化功能，人们将这种纳米光催化剂混入墙面涂料中，但是随着日久天长的日晒，二氧化钛纳米粒子会脱离墙面而产生灰化现象。受此限制，人们只能将这种纳米光催化剂担载于不容易分解的无机物的表面上，例如玻璃，陶瓷等物质。这大大地制约了其作为一种优越的光催化剂的实际应用。

为了改变这一现状，研究者试图通过纳米粒子的表面改性来解决这一问题。目前最典型的例子是在纳米粒子的表面通过例如溶胶-凝胶法来包裹上一层二氧化硅以图在二氧化钛粒子和有机载体之间起保护层的作用。但是研究结果表明，使用这一方法虽然能起到保护有机载体的作用，但是由于二氧化硅是绝缘体，导致电子或正穴无法到达混合粒子的表面，从而导致粒子的催化活性大大降低，分解有机物效率低下。因此，综观目前市场上的光催化产品，具有以下几大类型和问题：

1)通过烧结来固定二氧化钛到载体上。这种方法不仅所能适用的载体极其有限(只限于玻璃，陶瓷等耐烧物质)，而且所能适用的范围比较狭窄。同时由于烧结是一个体积从大缩小的过程(液体-固体)，而使得二氧化钛粒子的团聚严重，表面积大大减少，极大的降低了其光催化活性。

2)选择不活泼的纤维(例如碳纤维等)作载体。这种方法的问题在于由于选择的是不活泼的纤维，不仅纤维本身价格昂贵，而且无法通过对纤维进行改性来固定二氧化钛粒子。只能通过浸渍或喷涂来机械性的附着纳米粒子。纳米粒子与纤维之间基本上没有固定可言，对纤维略加施力即可引起光催化层的龟裂和剥离。

3)混有一定粘合剂的二氧化钛粒子的悬浊喷涂液产品。通过喷涂在物体表面来获得光催化性能，但由于二氧化钛粒子对粘合剂的光腐蚀问题，使得耐久性较差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种光催化功能性涤纶纤维的制备方法，旨在用本方法生产出的涤纶纤维具有极高的光催化活性，并且作为有机载体，在紫外光照射下相对稳定，不会削弱基体材料的耐老化性能，可延长材料的使用寿命，从而可使光催化剂得以循环使用，原料成本及生产成本低，适用面更广。

本发明光催化功能性涤纶纤维的制备方法包括以下步骤：

(1)首先制作二氧化硅壳-中空层-二氧化钛纳米内核结构的中空型光催化粒子，

(a)二氧化钛纳米粒子的前处理，用TiO₂来表示，

将100-500mg的二氧化钛纳米粒子添加入浓度为0.5-1.2mol/L的NaOH或HCl溶液中，以500-1000rpm的转速磁力搅拌处理7-14小时后，3-5次水洗-离心分离至PH为7待用；

(b)纳米粒子表面包裹碳的过程，用C@TiO₂来表示，