一種氮化碳光催化活性納米纖維膜及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光催化水污染控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種氮化碳光催化活性納米纖維膜及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光催化技術(shù)是一種高效清潔的新型水處理技術(shù)，由于其具有能耗低、環(huán)境友好、徹底礦化污染物等顯著優(yōu)點(diǎn)，收到了水污染控制領(lǐng)域的廣泛的重視和深入研宄。上世紀(jì)70年代，Carey等首先報(bào)道了 T12在近紫外光的照射下可使水中多氯聯(lián)苯完全脫氯去毒，從此開啟了光催化用于水處理領(lǐng)域的新篇章。此后，大量的深入研宄表明:利用光催化技術(shù)不僅能夠處理多種難降解有機(jī)污染物，同時(shí)具有很好的殺菌及抑菌活性，其副產(chǎn)物少、無毒無害，因此，光催化技術(shù)被認(rèn)為是當(dāng)前最具有開發(fā)前景的水處理技術(shù)，具有強(qiáng)大的工程潛力。然而目前光催化劑的主要形式為納米顆粒物，在投加于水中時(shí)不可避免地會(huì)產(chǎn)生易失活、難回收、可能造成二次污染等一系列問題。為了克服納米顆粒物光催化材料在水處理應(yīng)用中的缺陷，改進(jìn)光催化劑型式，以實(shí)現(xiàn)對(duì)光催化劑在水處理領(lǐng)域有效的回收和利用是目前光催化研宄的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。
[0003]高壓靜電噴絲技術(shù)是一種制備納米纖維膜材料的新型技術(shù)。該技術(shù)利用帶電荷的聚合物溶液或熔體在靜電場(chǎng)中射流來實(shí)現(xiàn)超細(xì)纖維膜的加工，所制得的纖維直徑可達(dá)納米級(jí)，孔容高、比表面積大。借助該技術(shù)可以將帶有半導(dǎo)體納米顆粒物的前體聚合物作為基質(zhì)，制備光催化活性納米纖維膜，由于其具有纖維結(jié)構(gòu)和一定的機(jī)械強(qiáng)度，容易從水中分離回收，因此，成為納米材料制備領(lǐng)域與光催化技術(shù)交叉學(xué)科的一個(gè)研宄熱點(diǎn)。專利CN201210136797.9公開了一種以電紡法制備基于石墨烯/半導(dǎo)體光催化濾膜的方法，該光催化劑以濾膜形式實(shí)現(xiàn)了對(duì)有機(jī)染料循環(huán)、連續(xù)的催化降解，提高了半導(dǎo)體光催化劑的光降解效率；專利CN200710176994.2公開了一種納米纖維負(fù)載二氧化鈦光催化劑的制備方法，是以鈦前驅(qū)體電紡獲得納米纖維膜，經(jīng)過焙燒等后處理工藝得到負(fù)載二氧化鈦光催化劑；專利CN201210037508.X則提供了一種半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)/導(dǎo)電聚合物纖維膜復(fù)合光催化劑，具體是選擇幾種異質(zhì)結(jié)材料與導(dǎo)電聚合物混合，直接紡絲獲得，實(shí)際上是利用導(dǎo)電聚合物納米纖維膜作為催化劑的載體。
[0004]以上研宄均借助電紡納米纖維膜為光催化劑提供了負(fù)載條件，具有較好的實(shí)用化效果，但目前的研宄中涉及紫外光催化劑的較多，制備可見光催化納米纖維膜的較少。氮化碳是一種新型碳材料衍生物，片層由C-N共價(jià)鍵組成，層與層之間存在的微弱的范德華力，通過離子-Ji相互作用和靜電相互作用而形成氮化碳插層化合物，而且其帶隙較窄(2.7eV)，對(duì)可見光有較強(qiáng)的響應(yīng)能力，來源豐富，合成成本低。雖然現(xiàn)今已經(jīng)廣泛報(bào)道氮化碳及氮化碳復(fù)合光催化材料(CN201410743566.3、CN201310726501.3、CN201410148267.5、CN201310240111.5)，但通過改變氮化碳的納米形態(tài)以獲得提高氮化碳光催化劑的實(shí)用價(jià)值，特別是以電紡納米纖維膜性質(zhì)來實(shí)現(xiàn)形態(tài)改變，制備氮化碳光催化活性納米纖維膜的研宄還未見報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明是鑒于現(xiàn)有技術(shù)中存在不足之處而做出的。制備氮化碳納米纖維膜是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的工作，由于氮化碳的形成機(jī)制與傳統(tǒng)金屬氧化物光催化劑不同，難以利用傳統(tǒng)的負(fù)載法或高溫焙燒法制備而得，在熱處理過程中，容易引起氮化鈦纖維的縮聚并導(dǎo)致納米結(jié)構(gòu)崩塌。針對(duì)解決氮化碳納米纖維的制備難題，本發(fā)明提出在絕氧條件下以原位電紡合成技術(shù)來制備氮化碳光催化活性納米纖維膜的方法，只能借助氮化碳的紡絲前體物在高溫下原位制備而得，因此需優(yōu)化紡絲前體的合成配方，并在紡絲過程中需嚴(yán)格控制紡絲條件、熱處理溫度及紡絲速率。本發(fā)明公開的原料易得、工藝簡(jiǎn)單、易于控制的氮化碳光催化活性納米纖維膜的制備方法，可以為光催化技術(shù)研宄領(lǐng)域提供新的光催化合成方法，并進(jìn)一步推進(jìn)光催化技術(shù)在水污染控制化學(xué)領(lǐng)域的實(shí)用化。
[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種氮化碳光催化活性納米纖維膜，本發(fā)明的另一目的是提供該氮化碳光催化活性納米纖維膜的制備方法。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明第一技術(shù)方案，一種氮化碳光催化活性納米纖維膜的制備方法，其特征在于包括如下制備步驟。
[0008]I)按質(zhì)量比配置聚嗪酰胺的二氯甲烷溶液，室溫下攪拌至完全溶解，并在5°C下保持12小時(shí)以熟化聚嗪酰胺使其高分子鏈在溶液中充分展開已形成可紡性良好的紡絲液；
[0009]2)在紡絲中滴加3?5滴電解質(zhì)以改善紡絲液的電導(dǎo)率；
[0010]3)高壓靜電紡絲裝置置于密閉體系中，預(yù)先以脫氧劑脫除系統(tǒng)中氧氣至質(zhì)量濃度小于1%并加熱接收屏至550°C，將上述紡絲溶液加入到帶紡絲頭中，調(diào)節(jié)紡絲頭距離接收屏10?15cm，施加電場(chǎng)電壓至30?50千伏，開始紡絲，紡絲液在電場(chǎng)作用下劈裂成直徑在納米級(jí)的纖維并附著于接收屏上，紡絲液中的二氯甲烷迅速揮發(fā)，聚嗪酰胺在高溫作用下逐漸脫水縮聚轉(zhuǎn)化為氮化碳，并形成致密的納米膜狀結(jié)構(gòu)；
[0011]4)紡絲10?15分鐘后，以2?5°C /min的速率緩慢降低接收屏表面溫度對(duì)氮化碳纖維退火處理，以避免纖維極冷收縮，待接收屏降至室溫，可將纖維膜自接收屏表面剝離，即得氮化碳光催化活性納米纖維膜。
[0012]通過第一技術(shù)方案，由于絕氧條件、原位合成和精確電紡控制條件的應(yīng)用，可成功獲得氮化碳光催化活性納米纖維膜。
[0013]本發(fā)明的第二技術(shù)方案，在第一技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，在步驟I)中所述聚嗪酰胺為聚吡嗪酰胺、1，3，5_聚三嗪芳酰胺、聚苯并噁嗪之一種，優(yōu)選1，3，5_聚三嗪芳酰胺；在配制紡絲液時(shí)的質(zhì)量比為聚嗪酰胺:二氯甲烷=1: 5?1: 12，優(yōu)選比例為1: 10。通過第二技術(shù)方案，由于采用非聚氰胺類的具有可紡性的氮化碳前驅(qū)體，使借助靜電紡絲技術(shù)制備氮化碳納米纖維得以實(shí)現(xiàn)。
[0014]本發(fā)明的第三技術(shù)方案氮化碳光催化活性納米纖維膜的制備方法，在第一技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步地，在步驟2)中所述電解質(zhì)溶液為三氯乙酸、三氟乙酸、三氟丁酸之一種，通過第三技術(shù)方案，可提高紡絲溶液的電導(dǎo)率，改善其