掺杂银纳米粒子的复合纳米纤维的制备及其性能研究

来源 :内蒙古工业大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:wuaiboer
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银纳米粒子(AgNPs)具有独特的物理、化学及生物性质,将AgNPs分散至其它无机物或者有机物基质内获得含有AgNPs的复合纳米材料,不仅可以减少其用量,利于回收及循环使用,而且可以充分发挥AgNPs与基质材料之间的协同作用,从而产生单一材料无法比拟的新奇的性能。本文采用化学还原法、静电纺丝技术及高温焙烧技术的结合制备了具有功能性的掺杂AgNPs的一维复合纳米材料(纳米纤维),并研究了复合纳米材料的性能,获得了一些创新性的成果。主要研究内容如下:1.通过化学原位还原法制备了超细AgNPs,探索还原剂及溶剂的种类对制备含有AgNPs的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、β-环糊精/聚乙烯吡咯烷酮(β-CD/PVP)及β-环糊精/聚丙烯腈(β-CD/PAN)的复合溶胶的影响;进而,利用静电纺丝技术实现了AgNPs/PVP、AgNPs/β-CD-PVP和AgNPs/β-CD-PAN多元体系复合纳米纤维的制备。实验结果显示,AgNPs粒径分布均匀且被成功的分散于有机纤维基质内。抗菌性能测试表明,制备的掺杂AgNPs的多元体系复合纳米纤维对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌有很好的抗菌性能。2.利用静电纺丝技术与高温焙烧技术的结合实现了TiO2纳米纤维的制备,然后在制备AgNPs/PVP复合纤维的基础上,获得了含有AgNPs的TiO2复合纳米纤维。表征结果显示,获得的AgNPs/TiO2复合纤维中AgNPs分布均匀且纤维具有较多的孔隙,这种孔隙是作为催化剂的理想结构。该复合纤维用于紫外光催化降解甲基橙反应来测试其光催化性能,通过调节纤维中Ag/Ti的比例,获得了性能优异的光催化剂,当Ag/Ti摩尔比为1/100,AgNPs/TiO2复合纤维的光催化性能比TiO2纤维提高了17%。3.分别用水合肼和氢气(H2)还原AgNO3/PAN电纺纤维得到AgNPs/PAN纤维,再通过高温焙烧技术获得含有分布均匀的AgNPs的碳纳米纤维(CNFs)。将制备的AgNPs/CNFs复合材料作为催化剂用于苯乙烯氧化反应,比较可知,当纺前溶液中Ag/PAN摩尔比为1/10,由H2还原制备的AgNPs/CNFs对苯乙烯氧化反应有较好的催化效果,苯乙烯的转化率最高可达43%,对应的环氧苯乙烷的选择性为38.9%,苯甲醛的选择性为54.5%。通过本论文的研究,为设计和合成新颖的含AgNPs的一维复合材料提供了新的思路,同时也为掺杂AgNPs的复合纳米纤维在生物医学、污水处理及催化氧化领域的应用提供了理论基础。
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