含TiO2的纳米纤维的制备和性能研究

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静电纺丝技术是目前唯一能够连续制备纳米纤维的有效方式。有机-无机复合纳米纤维由于其优异的性能成为研究的热点。纳米TiO2粒子物理、化学性能稳定,常温条件下几乎不与其他化合物发生反应,使用安全,作为半导体材料在光催化领域具有广阔的应用前景。但是当纳米TiO2以粉体的形式参与光催化反应时容易发生团聚现象,回收困难且不适合流动相的连续操作。若将粉体固定在其他的基体材料上,则可以有效地解决粉体回收困难的问题。采用静电纺丝方法制备得到TiO2的杂化纳米纤维既可解决粉体回收困难的问题,又能在一定程度上缓解无机纳米粒子填充复合易脱落的问题。本文通过静电纺丝技术探究了PVA分子量和醇解度等对PVA纳米纤维直径的影响,采用直接共混的方法结合静电纺丝技术制备PVA/TiO2杂化纳米纤维,醇解度较高的PVA制备得到的PVA/TiO2杂化纳米纤维的耐水性能较好;采用正交试验分析确定了纺丝的最优工艺参数为:施加电压30kV,接收距离18cm,PVA质量分数为8%;利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电镜(TEM)、红外光谱分析(FTIR)、X射线衍射分析(XRD)和热重(TG)分析等对制备得到的复合纳米纤维的结构进行了表征。研究结果表明,在PVA质量分数相同时,掺杂纳米TiO2以后制备得到的杂化纳米纤维的直径小于PVA纳米纤维的直径;随纳米TiO2掺杂含量的增加,制备得到的杂化纳米纤维的直径呈现出逐渐减小的趋势;纤维膜的断裂强度逐渐降低;FIIR显示测得的红外特征吸收峰的强度随纳米TiO2掺杂含量的增加,呈现出逐渐增大的趋势,同时,吸收峰的位置开始向低波数偏移;XRD衍射分析表明,随纳米TiO2掺杂含量的增加,特征衍射峰的强度逐渐增强,PVA的结晶度逐渐增大。将制备得到的PVA/TiO2杂化纳米纤维膜裁剪成合适的尺寸,在金卤灯的照射下进行光催化降解活性艳蓝的反应。研究表明,随纤维膜厚度的增大,光催化降解效率逐渐降低;随纤维膜接触面积的增大,光催化降解染料的效率逐渐升高;随纳米TiO2掺杂含量的增加,当纳米TiO2的掺杂量为40%时,在金卤灯照射下,纳米纤维膜对活性艳蓝的降解效率最高。
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