[发明专利]一种可见光响应的二氧化钛纳米线/金属有机骨架/碳纳米纤维膜及其制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种可见光响应的二氧化钛纳米线/金属有机骨架/碳纳米纤维膜及其制备方法及应用，制备的CNF/TiO2纳米线/MIL‑100（表示为CTWM）膜材料，利用MIL‑100材料对废气的吸附来增强二氧化钛对其的光催化效果。本发明CNF/TiO2/MIL‑100膜催化剂充分利用了MIL‑100对废气的吸附能力，TiO2光催化降解性能，以及CNF的高导电性能，有效地增加光生电子的存活寿命，促进其光催化活性。

技术领域

本发明属于功能材料技术领域，具体涉及到一种二氧化钛纳米线/金属有机骨架/碳纳米纤维膜的制备与在处理废气中的应用。

背景技术

随着工业的迅速发展，工业排放的废气污染日益严重。由于废气具有剧毒，腐蚀性和易燃性，可严重威胁生态环境和人体健康。目前来说，光催化技术具有无毒，降解效率高，氧化还原能力强等优点，被认为是减少各种废气污染的最经济有效的方法之一。

二氧化钛（TiO₂）可以在低浓度下来进行一些典型的有毒废气的催化降解，并表现出显著的催化降解效果。然而，TiO₂光生电子-空穴对的快速重组以及对可见光的利用效率较低。因此，可以通过改变TiO₂的形貌可以增加其比表面积，提高其吸附废气的能力，有助于提高其光催化效率。与此同时，二氧化钛也采用不同的修饰方式，如过渡金属离子的掺杂，与其余半导体的耦合等进一步提高光催化活性。但是现有技术存在提高效果较差、制备复杂等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够可见光响应的、催化降解废气的无机功能材料，制备的CNF/TiO₂纳米线/MIL-100（表示为CTWM）膜材料，利用MIL-100材料对废气的吸附来增强二氧化钛对其的光催化效果。

为达到上述目的，本发明具体技术方案如下：

一种可见光响应的二氧化钛纳米线/金属有机骨架/碳纳米纤维膜（CNF/TiO₂ /MIL-100，表示为CTWM）膜的制备方法，包括以下步骤：

（1）采用静电纺丝技术制备聚丙烯腈（PAN）纳米纤维，然后将所述聚丙烯腈纳米纤维在惰性气氛下碳化得到碳纳米纤维（CNF）；

（2）将溴化十六烷三甲基铵溶液加入到钛酸四异丙酯TTIP溶液中搅拌后加入乙二醇EG和尿素，搅拌得到混合液；将碳纳米纤维浸泡入混合液中，加热反应后自然冷却至室温，得到二氧化钛纳米线/碳纳米纤维膜；

（3）将二氧化钛纳米线/碳纳米纤维膜浸入乙醇中，加入3-氨基丙基三乙氧基硅烷，室温搅拌，得到处理的二氧化钛纳米线/碳纳米纤维膜；然后将处理的二氧化钛纳米线/碳纳米纤维膜加入含有琥珀酸酐的DMF中，搅拌得到羧酸根封端的二氧化钛纳米线/碳纳米纤维膜；

（4）以六水氯化铁溶液、聚苯三甲酸溶液为组装液，采用层层自主装的方法在羧酸根封端的二氧化钛纳米线/碳纳米纤维膜上负载金属有机骨架，得到二氧化钛纳米线/金属有机骨架/碳纳米纤维膜。

本发明还公开了一种羧酸根封端的二氧化钛纳米线/碳纳米纤维膜的制备方法，包括以下步骤：

（1）采用静电纺丝技术制备聚丙烯腈（PAN）纳米纤维，然后将所述聚丙烯腈纳米纤维在惰性气氛下碳化得到碳纳米纤维（CNF）；

（2）将溴化十六烷三甲基铵溶液加入到TTIP溶液中搅拌后加入EG和尿素，搅拌得到混合液；将碳纳米纤维浸泡入混合液中，加热反应后自然冷却至室温，得到二氧化钛纳米线/碳纳米纤维膜；

（3）将二氧化钛纳米线/碳纳米纤维膜浸入乙醇中，加入3-氨基丙基三乙氧基硅烷，室温搅拌，得到处理的二氧化钛纳米线/碳纳米纤维膜；然后将处理的二氧化钛纳米线/碳纳米纤维膜加入含有琥珀酸酐的DMF中，搅拌得到羧酸根封端的二氧化钛纳米线/碳纳米纤维膜。