静电纺丝法构筑TiO2/PVP杂化纤维材料及性能研究

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静电纺丝是一种聚合物溶液或熔体借助于外加的电场力的作用进行喷射拉伸而获得纳米级的纤维的一种纺丝方法,是目前制备纳米纤维最具有发展前景的方法之一。静电纺纳米纤维具有极大的比表面积,在成型的纤维网毡上具有很多微孔,因此它具有很强的吸附力以及良好的过滤性、阻隔性、粘合性和保温性等特点。静电纺丝纳米纤维可应用于增强复合材料、生物应用、纳米电子器件等不同的领域。利用静电纺丝制备纳米纤维膜作为新型生产光催化材料的技术,已成为近年来研究的热点。该技术已广泛应用于生物医药、过滤材料和光催化等方面。二氧化钛(TiO2)是一种重要的无机化工产品,除了光催化效率高的特性外,纳米TiO2纤维具有无毒性、无二次污染、耐酸碱性、回收利用率高、可重复利用和节能等优点。在废气处理、废水处理、降解水污染物等方面也有广阔的应用前景。因而本文进行了纳米TiO2杂化纤维及其改性对光催化性能影响的探索。采取静电纺丝法制备TiO2/PVP杂化纤维膜,对纤维膜进行煅烧制备TiO2无机纳米纤维,并在不同的PVP浓度和纺丝电压下对杂化纤维膜以及TiO2无机纳米纤维的形貌、直径、直径分布等进行系统分析,最终将产品应用于降解亚甲基蓝,以考察产品的光催化性能。实验得到如下结果:PVP溶液在质量分数为14%至22%时,样品具有较好的可纺性,且在此范围内,随着溶液浓度的降低,TiO2纤维直径减小,直径分布相对较集中;增大纺丝电压,纤维直径先减小而后增大,且增长趋势逐渐变缓;溶液-凝胶法制备的浓度为16%的纳米TiO2/PVP杂化纤维,在接受紫外光照射达50min时,对亚甲基蓝光的光催化降解率为92.26%,光降解效果明显。以钛酸异丙酯作为钛源,利用静电纺丝法制备TiO2-Mo S2/PVP杂化纤维膜,而后通过XRD、SEM等探究电纺膜与热处理后的无机纤维的性能。结果发现,随着钛酸异丙酯用量的增加,纤维直径减小,但纤维直径分布无明显变化;热处理后的无机纤维较之前纤维直径变小,直径分布变宽,二氧化钛结晶明显;通过二硫化钼改性制得的PVP浓度为8.28%的TiO2-Mo S2/PVP杂化纤维膜,接受紫外光照射45min时,对亚甲基蓝的最终降解率高达96.82%,降解增效明显。通过静电纺丝法制备TiO2-GO/PVP杂化纤维膜和空白样品,用扫描电子显微镜(SEM)对膜的形貌特征进行表征,通过对膜的光催化性能的测试,对TiO2-GO/PVP杂化纤维膜的光催化性能进行表征。由XRD图谱可知,煅烧前没有二氧化钛晶体的形成,煅烧后为锐钛矿型晶体;由SEM知,煅烧前的纤维直径大于煅烧后的纤维直径,而且煅烧后纤维发生明显的卷曲;通过对亚甲基蓝的降解实验可知,随二氧化钛含量的增加,掺杂GO制得的TiO2-GO/PVP杂化纤维膜对亚甲基蓝的降解速率逐渐增大,39 min时达最大降解率为96.17%。
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