[发明专利]TiO2/PAN纳米纤维膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种TiO₂/PAN纳米纤维膜的制备方法，具体制备步骤为：将聚丙烯腈粉末溶解得到聚合物溶液；将TiO₂纳米晶体分散于聚合物溶液中，得到纺丝溶液；将纺丝溶液吸入注射器中并将注射器固定于静电纺丝设备的注射泵上，同时将喷丝头连接高压电源正极，接收板连接高压电源负极，接收板用铝箔覆盖，进行静电纺丝，获得TiO₂/PAN纳米纤维膜。本发明制备方法操作简单、工艺流程短、适合广泛推广应用，同时还具有优良的催化性能和力学性能，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及静电纺丝领域，属于一种可用于光催化降解有机染料的TiO₂/PAN纳米纤维膜的制备方法。

背景技术

聚丙烯腈(PAN)由单体丙烯腈经自由基聚合反应而得到，主要用于制备聚丙烯腈纤维。聚丙烯腈膜上具有不饱和的腈基，通过将腈基水解成羧基，可调节聚丙烯纤维膜的亲水性能以满足实际应用的需求，除此之外，聚丙烯纤维膜还具有耐候性和耐日晒性好的优点，同时，它对化学腐蚀也具有良好的耐受性。基于上述优点，聚丙烯纤维膜被广泛地应用于过滤分离工业印染废水的领域。但是印染废水中往往含有染料等有机物质，单一的过滤膜技术并不能从源头清除此类有机污染物，不仅如此，当废水中有机污染物含量过高时，会堵塞过滤膜的分离孔道，导致出水量下降，直接影响整个净化系统的运行效率，达不到理想的净化效果，造成严重的环境污染。

TiO₂具有无毒、廉价、易得等优点，是一种非常有应用前景的光催化材料。TiO₂的光催化降解反应是一种高效的深度氧化过程，通过一定波长的光辐照，TiO₂光催化剂表面产生大量活性物质，将卤代烃类、脂肪、含氮有机物、羧酸、表面活性剂等有机污染物氧化分解为水和二氧化碳，以达到消毒、脱色、除臭的目的。因此,基于TiO₂的光催化技术对彻底降解净化环境中的有机污染物有着非常广泛的应用。但是随着不断地深入研究与应用，传统的纳米TiO₂悬浮相光催化剂易失活、易凝聚、难回收的缺点逐渐暴露出来，使得单一的纳米TiO₂材料在使用时受到限制。

静电纺丝就是高分子流体静电雾化的特殊形式，此时雾化分裂出的物质不是微小液滴，而是聚合物微小射流，可以运行相当长的距离，最终固化成纤维。静电纺丝是一种特殊的纤维制造工艺，聚合物溶液或熔体在强电场中进行喷射纺丝。在电场作用下，针头处的液滴会由球形变为圆锥形(即“泰勒锥”)，并从圆锥尖端延展得到纤维细丝。这种方式可以生产出纳米级直径的聚合物细丝。静电纺丝并以其制造装置简单、纺丝成本低廉、可纺物质种类繁多、工艺可控等优点，已成为有效制备复合纳米纤维材料的主要途径之一。

目前，在静电纺丝制备TiO₂/聚合物纳米纤维膜的过程中，使用最多的是聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、醋酸纤维素(PVAC)，而利用聚丙烯腈(PAN)作为聚合物基底制备TiO₂/PAN纳米纤维膜应用较少，并且通过现有技术所制得的TiO₂/PAN纳米纤维膜光催化性能与抗老化性能较低，无法反复循环使用，这使得其使用成本上升，严重影响了经济效益的提升，不具备市场应用前景。

发明内容

本发明为了克服上述现有技术的不足，目的在于提供了一种采用静电纺丝技术制备TiO₂/PAN纳米纤维膜的方法，以该方法制备得到的纳米纤维膜具有良好光催化降解的能力，较长的使用寿命，可循环反复使用，节约了成本，提高了经济效益。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种TiO₂/PAN纳米纤维膜的制备方法，具体制备步骤为：

S1、室温下，将聚丙烯腈粉末按一定比例溶解在溶剂中，加热搅拌至完全溶解得到聚合物溶液；