專利名稱：一種多相異質(zhì)可見光催化功能織物的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于催化劑的制備領(lǐng)域，特別涉及一種多相異質(zhì)可見光催化功能織物的制備方法。
背景技術(shù)：
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展及人口的劇烈膨脹，人類對(duì)能源的需求大幅度增加，全球性環(huán)境問(wèn)題也日益顯著。為此太陽(yáng)能的利用開發(fā)顯得尤為重要，而作為其中重要部分的半導(dǎo)體光催化技術(shù)有望成為解決環(huán)境和能源問(wèn)題的有效方式。將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為潔凈氫能的光解水技術(shù)將徹底解決化石能源枯竭和溫室效應(yīng)帶來(lái)的危機(jī)，而光催化降解消除有毒有機(jī)污染物將成為解決環(huán)境污染的一條廉價(jià)可行的途徑。因此，設(shè)計(jì)合成可循環(huán)利用的高效可見光光催化材料，已成為研究工作者面臨的重要課題之一。目前應(yīng)用最成熟的光催化劑是納米TiO2，但由于其禁帶寬度較寬需要紫外光激發(fā)才能具備氧化有機(jī)物的能力，限制了 TiO2在環(huán)境凈化方面的應(yīng)用范圍。半導(dǎo)體復(fù)合光催化劑是由兩種能帶位置匹配的半導(dǎo)體組成，一般為異源半導(dǎo)體復(fù)合。這種能級(jí)的耦合作用使得半導(dǎo)體的禁帶寬度減小，進(jìn)而使復(fù)合半導(dǎo)體的吸收波長(zhǎng)范圍擴(kuò)大到可見光區(qū)域。一方面，窄禁帶寬的半導(dǎo)體可以在可見光下產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，另一方面，通過(guò)與具有不同禁帶寬度的強(qiáng)互補(bǔ)性的半導(dǎo)體進(jìn)行復(fù)合，有利于電荷分離，抑制電子-空穴的復(fù)合，提高光量子產(chǎn)率和催化效率。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外開展了一系列在柔性纖維基質(zhì)上負(fù)載TiO2類光催化劑的研究，利用纖維材料的三維和多級(jí)結(jié)構(gòu)特征，突破了負(fù)載型光催化材料長(zhǎng)期局限于陶瓷、玻璃和金屬等無(wú)機(jī)材料的限制。在柔性材料界面原位組裝納米異質(zhì)光催化劑，構(gòu)建高效可見光催化功能織物，是本發(fā)明的研究亮點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種多相異質(zhì)可見光催化功能織物的制備方法，該方法設(shè)計(jì)新穎，制備方法簡(jiǎn)單、成本低，不增加新設(shè)備，易于工業(yè)化生產(chǎn)；本發(fā)明的纖維原料來(lái)源廣，易加工成各種形狀，使用方便；本發(fā)明的多相異質(zhì)可見光催化功能織物對(duì)有機(jī)污染物降解效果好，無(wú)二次污染，可長(zhǎng)期使用。本發(fā)明的一種多相異質(zhì)可見光催化功能織物的制備方法，包括:(I)將織物在有機(jī)溶劑中超聲清洗30-60min，在30-40°C干燥3_4h，再在凈洗劑中于40-45°C處理25-35min，60-65°C干燥5_10min，得到處理后的織物；(2)將四異丙醇鈦滴加入去離子水中，升溫至60_80°C，攪拌l_2h，得溶液A ;其中四異丙醇鈦和去離子水的體積比為1:9-11 ;(3)將硝酸鉍加入到硝酸溶液中，滴加潤(rùn)濕劑和金屬螯合劑，攪拌20_30min，得溶液B ;其中硝酸鉍用量為四異丙醇鈦用量的0.5 5%，濕潤(rùn)劑用量為owf2%-5% ；(4)將偏釩酸鹽加入去離子水中，升溫至50-60°C，攪拌25-30min，得到溶液C ;其中偏釩酸鹽和硝酸鉍的摩爾比為1:1;(5)將溶液B與溶液C依次滴加至溶液A中，攪拌2_3h，堿劑調(diào)節(jié)pH值為8_10，得到納米異質(zhì)光催化整理溶液D ;(6)將處理后的織物浸潰到上述納米異質(zhì)光催化整理溶液D中，油浴升溫至70-90°C，反應(yīng)6-8h，烘干，即得多相異質(zhì)可見光催化功能織物。所述步驟(I)中有機(jī)溶劑為乙醇、乙酸乙酯或丙酮。所述步驟(I)中織物為非織造布、機(jī)織布或針織布；凈洗劑為凈洗劑Span-one。所述步驟(I)中凈洗劑為凈洗劑Span-one (德?；?，凈洗劑LS (德美化工)，凈洗劑 6501 (Basf)或凈洗劑 Kieralon OL (Basf)0所述步驟(I)中所述的織物的纖維為棉纖維、聚酰亞胺纖維、活性炭纖維、聚酯纖維、聚丙烯纖維、竹纖維，蠶絲纖維、麻纖維、羊毛纖維、大豆蛋白纖維、牛奶蛋白纖維、錦綸纖維中的一種或兩種的混紡纖維。所述步驟(3)中濕潤(rùn)劑為JFC、吐溫或曲拉通，金屬螯合劑為乙二胺四乙酸二鈉、尿素、檸檬酸、氨基三乙酸、酒石酸或聚丙烯酸；金屬螯合劑在溶液B中的濃度為
0.05-0.4mol/L ;硝酸溶液的濃度為 0.5_3mol/L。所述步驟(4)中偏釩酸鹽為偏釩酸鈉或偏釩酸銨。所述步驟(5)中滴加速率為2 4mL/min。所述步驟(5)中的堿劑為氨水、氫氧化鈉或碳酸鈉。所述步驟(2) - (5)中攪拌速率為200 300rpm。所述步驟(2)所述的溶液A中去離子水與步驟(I)中所用織物的比例分別為50 70mL:1g ;步驟(3)所述的溶液B中硝酸溶液與步驟(I)中所用織物的比例為20 30mL:1g ；步驟(4)所述的溶液C中去離子水與步驟(I)中所用織物的比例為20 30mL: lg。所述步驟(6)中烘干溫度為40_50°C。本發(fā)明制備的多相異質(zhì)可見光催化功能織物可應(yīng)用于印染廢水回用、企業(yè)污水排放處理、空氣污染凈化等環(huán)境治理領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用前景和市場(chǎng)前景。本發(fā)明在低溫環(huán)境下預(yù)制備納米TiO2溶膠，通過(guò)依次引入硝酸鉍和偏釩酸鹽的穩(wěn)定溶液，形成BiV04/Ti02的納米混晶溶液，在升溫的過(guò)程中將BiVO4與TiO2進(jìn)行晶體耦合，組成異質(zhì)結(jié)，提升TiO2的電子-空穴對(duì)的分離效率。采用原位生長(zhǎng)方式在柔性織物表面進(jìn)行光催化劑的負(fù)載，利用PH調(diào)控技術(shù)合成所需BiVO4與TiO2的晶型。本發(fā)明既解決了光催化劑在空氣凈化時(shí)的粉塵污染問(wèn)題，又能避免光催化劑在柔性基材上團(tuán)聚效率下降的問(wèn)題；光催化纖維織物表面的光觸媒具有高親水性，兼具強(qiáng)氧化性，可有效降解表面的污染物，保持自身清潔，同時(shí)具有抗菌效果，對(duì)有害微生物進(jìn)行有效的殺滅。有益.效果(I)本發(fā)明的光催化劑設(shè)計(jì)新穎，制備方法簡(jiǎn)單、成本低，不增加新設(shè)備，易于工業(yè)化生產(chǎn)；(2)本發(fā)明的纖維原料來(lái)源廣，易加工成各種形狀，使用方便；(3)經(jīng)本發(fā)明處理后的纖維織物在可見光條件下能通過(guò)光催化快速降解染料廢水或有毒氣體，并將其變?yōu)闊o(wú)毒無(wú)害的物質(zhì)；(4)本發(fā)明的多相異質(zhì)可見光催化功能織物對(duì)有機(jī)污染物降解效果好，無(wú)二次污染，可長(zhǎng)期使用。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。實(shí)施例1( I)羊毛織物表面預(yù)處理用丙酮超聲清洗羊毛織物(lg)30min, 3(TC干燥3h,再在高效凈洗劑Kieralon OL(Basf)中于40°C處理25min,60°C干燥IOmin,得到預(yù)處理羊毛織物；(2)溶液A的配制將6mL四異丙醇鈦逐滴加入到60mL去離子水中，升溫至70°C,以300rpm的速度攪拌Ih得溶液A ；(3)溶液B的配制將0.12g硝酸 鉍加入到濃度為2mol/L的30mL硝酸溶液中，并滴加0.05g JFC(脂肪醇聚氧乙烯醚)和0.55g乙二胺四乙酸二鈉，于300rpm攪拌30min,得溶液B ；(4)溶液C的配制

將0.03g偏鑰;酸銨加入到20mL去離子水中，升溫至60°C,于300rpm攪拌25min,至溶液均勻透明，得到溶液C ;(5)整理液D的配制將溶液B與溶液C依次緩慢滴加至溶液A中，控制滴加速率為3mL/min，300rpm攪拌lh，通過(guò)氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH=9，得到納米異質(zhì)光催化劑整理溶液D ；(6)織物的后整理將步驟(I)得到的預(yù)處理羊毛織物浸潰到上述納米異質(zhì)整理溶液D中，油浴升溫至90°C，反應(yīng)8h，最后經(jīng)50°C烘干，得到染料廢水凈化羊毛織物。將本發(fā)明制得的水環(huán)境凈化羊毛織物和普通的活性炭廢水脫色材料分別裝入同一型號(hào)的廢水凈化器內(nèi)，以350W氙燈為光源，降解濃度為50mg/L的染料廢水，通過(guò)紫外可見分光光度計(jì)測(cè)量降解前后染料廢水的吸光度，并計(jì)算其剩余濃度，得出染料廢水的凈化率，其結(jié)果如下:
權(quán)利要求
1.一種多相異質(zhì)可見光催化功能織物的制備方法，包括: (1)將織物在有機(jī)溶劑中超聲清洗30-60min，在30-40°C干燥3_4h，再在凈洗劑中于40-45°C處理25-35min，60-65°C干燥5_10min，得到處理后的織物； (2)將四異丙醇鈦滴加入去離子水中，升溫至60-80°C，攪拌l_2h，得溶液A;其中四異丙醇鈦和去離子水的體積比為1:9-11 ; (3)將硝酸鉍加入到硝酸溶液中，滴加潤(rùn)濕劑和金屬螯合劑，攪拌20-30min，得溶液B；其中硝酸鉍用量為四異丙醇鈦用量的0.5 5%，濕潤(rùn)劑用量為owf2%-5% ； (4)將偏釩酸鹽加入去離子水中，升溫至50-60°C，攪拌25-30min，得到溶液C;其中偏釩酸鹽和硝酸鉍的摩爾比為1:1 ; (5)將溶液B與溶液C依次滴加至溶液A中，攪拌l-3h，堿劑調(diào)節(jié)pH值為8-10，得到納米異質(zhì)光催化整理溶液D ； (6)將處理后的織物浸潰到上述納米異質(zhì)光催化整理溶液D中，在70-90°C，反應(yīng)6-8h，烘干，即得多相異質(zhì)可見光催化功能織物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多相異質(zhì)可見光催化功能織物的制備方法，其特征在于:所述步驟(I)中有機(jī)溶劑為乙醇、乙酸乙酯或丙酮；織物為非織造布、機(jī)織布或針織布；凈洗劑為凈洗劑Span-one，凈洗劑LS，凈洗劑6501或凈洗劑Kieralon OL0
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多相異質(zhì)可見光催化功能織物的制備方法，其特征在于:所述步驟(I)中所述的織物的纖維為棉纖維、聚酰亞胺纖維、活性炭纖維、聚酯纖維、聚丙烯纖維、竹纖維，蠶絲纖維、麻纖維、羊毛纖維、大豆蛋白纖維、牛奶蛋白纖維、錦綸纖維中的一種或兩種的混紡纖維。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多相異質(zhì)可見光催化功能織物的制備方法，其特征在于:所述步驟(3)中濕潤(rùn)劑為JFC、吐溫或曲拉通，金屬螯合劑為乙二胺四乙酸二鈉、尿素、檸檬酸、氨基三乙酸、酒石酸或聚丙烯酸；金屬螯合劑在溶液B中的濃度為0.05-0.4mol/L ；硝酸溶液的濃度為0.5-3mol/L。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多相異質(zhì)可見光催化功能織物的制備方法，其特征在于:所述步驟(4)中偏釩酸鹽為偏釩酸鈉或偏釩酸銨。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多相異質(zhì)可見光催化功能織物的制備方法，其特征在于:所述步驟(5)中滴加速率為2-4mL/min。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多相異質(zhì)可見光催化功能織物的制備方法，其特征在于:所述步驟(5)中的堿劑為氨水、氫氧化鈉或碳酸鈉。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多相異質(zhì)可見光催化功能織物的制備方法，其特征在于:所述步驟(2) - (5)中攪拌速率為200 300rpm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多相異質(zhì)可見光催化功能織物的制備方法，其特征在于:所述步驟(2)所述的溶液A中去離子水與步驟(I)中所用織物的比例分別為50 70mL:1g ;步驟(3)所述的溶液B中硝酸溶液與步驟(I)中所用織物的比例為20 30mL:1g ；步驟(4)所述的溶液C中去離子水與步驟(I)中所用織物的比例為20 30mL: lg。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多相異質(zhì)可見光催化功能織物的制備方法，其特征在于:所述步驟(6)中烘干溫度為40-50°C。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多相異質(zhì)可見光催化功能織物的制備方法，包括(1)清洗織物；(2)將四異丙醇鈦滴加至去離子水中，升溫至60～80℃反應(yīng)1～2h得溶液A；(3)將硝酸鉍加入到硝酸溶液中，滴加潤(rùn)濕劑、金屬螯合劑，得溶液B；(4)將偏釩酸鹽加入到去離子水中，升溫至50～60℃，攪拌得溶液C；(5)將溶液B與溶液C依次加入溶液A中，反應(yīng)2～3h，調(diào)節(jié)pH至堿性，得到異質(zhì)光催化劑整理溶液D；(6)將預(yù)清洗織物浸漬到整理液D中，70～90℃，反應(yīng)6～8h，烘干即得。本發(fā)明的制備方法簡(jiǎn)單，無(wú)二次污染；所得的功能織物在可見光照射下能有效凈化印染廢水、空氣污染。
文檔編號(hào)D06M11/46GK103194886SQ20131013402
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月17日
發(fā)明者何瑾馨, 王振華, 張韡, 劉保江, 瞿建剛, 王曉亮, 陳若陽(yáng) 申請(qǐng)人:東華大學(xué), 上海三伊環(huán)境科技有限公司