[发明专利]一种PbS‑ZnS/电纺纤维复合材料光催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于复合纳米纤维技术领域，涉及一种PbS-ZnS/电纺纤维复合材料光催化剂的制备方法。

背景技术

PbS是一种重要的直接带隙半导体材料，能带宽度为0.41eV，具有独特的电学性质和光学性质，因而在红外探测器、生物荧光探针及太阳能光催化等重要领域得到广泛研究，目前很多人对PbS降解有机污染物及污水处理性能进行研究，发现其降解性能良好。

ZnS是一种重要的Ⅱ～Ⅵ族半导体材料，广泛应用于光学、电学器件方面，ZnS的导带为-1.04eV，价带为2.56eV，ZnS在光催化水制氢方面有独特的优势，制氢性能良好，催化效率高，受到人们越来越多的关注。

利用静电纺丝法制备纳米级的聚合物纺丝纤维，并与催化材料相复合，形成负载型复合光催化材料。静电纺丝纤维的比表面积较大，孔隙率高，有利于光催化剂的分散、不易团聚；透光率较高，提高光照利用率；柔韧性较好，有利于制备的复合光催化剂形状多样化，使之适合反应容器。总之将聚合物纺丝纤维的柔韧性和光催化剂的催化效果相结合，其制备过程简单，工艺环保、催化效率高，有利于光催化剂的分散，提高其光照利用率。并且，纤维载体与光催化剂之间相互作用，能够提高光生电子-空穴的分离效果，增强光催化剂的稳定性，提高其光催化效率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：基于上述问题，本发明提供一种PbS-ZnS/电纺纤维复合材料光催化剂的制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的一个技术方案是：一种PbS-ZnS/电纺纤维复合材料光催化剂的制备方法，包括静电纺丝法和水热法，具体为以下步骤：

(1)将苯乙烯-马来酸酐交替共聚物(SMA)和聚偏氟乙烯(PVDF)加入到带搅拌和N₂保护的三口烧瓶中，溶于三口烧瓶中的丙酮和DMAC，搅拌溶解24h，得到纺丝溶液；

(2)将步骤(1)得到的纺丝溶液在静电纺丝装置中制备PVDF/SMA电纺纤维毡；

(3)将步骤(2)得到的PVDF/SMA电纺纤维毡浸到硝酸锌水溶液中，常温下浸泡24小时，加入硫脲溶液，于水热反应釜中，120℃反应12h，自然冷却至室温，洗涤，干燥，得到ZnS/电纺纤维毡；

(4)将步骤(3)得到的ZnS/电纺纤维毡浸到硝酸铅水溶液中，常温下浸泡24小时，加入硫脲溶液，于水热反应釜中，120℃反应12h，自然冷却至室温，洗涤，干燥，得到PbS-ZnS/电纺纤维复合光催化剂。

进一步地，步骤(1)中苯乙烯-马来酸酐交替共聚物和聚偏氟乙烯的质量比为1：8～10，苯乙烯-马来酸酐交替共聚物和聚偏氟乙烯的总质量与丙酮的体积比为0.25～0.3g/ml，苯乙烯-马来酸酐交替共聚物和聚偏氟乙烯的总质量与DMAC的体积比为0.2～0.25g/ml。

进一步地，步骤(2)中纺丝条件为纺丝电压16kv，接收装置与喷丝头之间的收丝距离为15～25cm，纺丝溶液流速为0.4ml/h。

进一步地，步骤(3)中硝酸锌水溶液的浓度为0.25～0.5mol/L，PVDF/SMA电纺纤维与硝酸锌水溶液的质量体积比为0.5～2.0g/25ml；硫脲溶液的浓度为0.5～1mol/L，PVDF/SMA电纺纤维与硫脲溶液的质量体积比为0.5～2.0g/25ml。

进一步地，步骤(4)中硝酸铅水溶液的浓度为0.25～0.5mol/L，ZnS/电纺纤维与硝酸铅水溶液毡的质量体积比为0.5～2.0/25ml；硫脲溶液的浓度为0.5～1mol/L，ZnS/电纺纤维与硫脲溶液的质量体积比为0.5～2.0/25ml。

进一步地，步骤(3)和(4)中洗涤干燥为在离子水中超声波清洗3次，60℃真空干燥2h。

本发明的有益效果是：(1)PbS-ZnS/电纺纤维复合材料有较好的有机物降解能力，降解甲基橙残余质量分数为1.23％；

(2)在光催化水制氢的过程中，PbS-ZnS/电纺纤维复合材料相对于粉体催化剂有较高的稳定性和活性，平均每两小时产氢量为10.45ml。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1为实施例1制备的PbS-ZnS/电纺纤维复合材料的电镜图片；

图2为XRD图，(a)为实施例1制备的ZnS/电纺纤维复合材料，(b)为实施例1制备的PbS-ZnS/电纺纤维复合材料；

图3为实施例1制备的PbS-ZnS/电纺纤维复合材料的XPS分析图片；