[发明专利]基于二氧化钛/氧化镁核壳纳米棒的光催化功能织物的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光催化功能织物的制备方法，特别涉及一种基于二氧化钛/氧化镁核壳纳米棒的光催化功能织物的制备方法。

背景技术

纺织是重要的传统产业之一。新材料和新技术的广泛应用为传统的纺织产业注入了新鲜血液。从全球范围来讲，这一产业的趋势是开发不同的纺织新产品及衍生产品来满足现代生产方式与生活方式的多元化需求。高附加值的产业用纺织品在纺织品消费结构中的比例将进一步增加。环境保护是关系到人类可持续发展的重要课题，也是科学界和产业界长期关注的焦点问题之一。将一些先进的环境处理技术（如光催化技术）与传统的纺织工程相结合能为常规的织物创造出许多新功能。

光催化织物可被定义为是将光催化剂负载在织物（如无纺布）上形成的一类功能织物。光催化，顾名思义就是在固态半导体材料表面发生的光化学反应。许多半导体材料已被研究用于光催化剂，不过，锐钛矿晶型的TiO₂具有价格便宜、无毒、光稳定性好等特点，是首选的光催化材料。当TiO₂吸收能量等于或高于其带隙（E_g=3.2eV）的光子时，将产生大量的电子空穴对（e^–/h⁺）。在水溶液体系中，电子将和吸附的氧分子（O₂）反应产生超氧自由基（O₂^·?），空穴将和（OH^–）反应产生羟基自由基（OH^·）。这些高活性的自由基有很强的氧化能力，可降解水体中的大部分有机污染物。不过，粉末状的光催化剂，尤其是纳米晶，有一些固有缺陷。例如，光催化过程中需对反应体系进行搅拌以防止纳米晶团聚，以及从反应体系中分离细小的纳米晶相当困难。为了解决光催化剂的回收利用问题，将光催化剂结合在织物上形成光催化功能织物似乎是最可行的方案。到目前为止，TiO₂已被固定在不同的织物载体上，如玻璃纤维，棉纤维，尼龙纤维，涤纶纤维。

就光催化性能的稳定性和持久性而言，TiO₂是一种可靠的光催化材料，但并不意味着它是无可挑剔的。从动力学而言，TiO₂光催化剂的主要缺点是电子从TiO₂传输到氧分子或表面电子受体的速率远慢于电子空穴对的复合速率，这是制约光催化活性的不利因素。研究表明，在TiO₂光催化剂的表面包覆另一种氧化物是抑制复合的有效方法，其作用原理是通过包覆实现电子空穴对的更好分离。因此，具有核壳结构的光催化材料，如TiO₂/MgO复合光催化剂，吸引了广泛的关注。

静电纺丝是公认的用于制备超细纤维的简便方法，且已初步实现产业化。通过同轴静电纺丝工艺还能制备出独特的核壳结构纳米纤维。近年来，一些电纺的无机纳米纤维也被用于光催化材料。不过，大部分是单纺的单组分纤维，小部分是同轴纺的双组分纤维。需要指出的是，脆性的纳米纤维无法直接结合在柔性的织物上形成光催化织物，必须通过一定的后处理先将长的纳米纤维转变成短的纳米棒（或纳米线）才能用于光催化织物的制备。虽然已有TiO₂/MgO纳米晶光催化材料的研究，但核壳结构的TiO₂/MgO纳米纤维、纳米棒光催化剂及其光催化功能织物目前尚没有相关的报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于二氧化钛/氧化镁核壳纳米棒的光催化功能织物的制备方法。在二氧化钛光催化剂的表面包覆另一种氧化镁是抑制复合的有效方法。

本发明采用的技术方案的步骤如下：