[发明专利]一种静电纺丝法制备Fe2O3/V2O5复合纤维的方法

说明书

技术领域

本发明属于功能材料领域，具体涉及一种静电纺丝法制备Fe₂O₃/V₂O₅复合纤维的方法。

背景技术

能源危机与环境问题是人类二十一世纪面临的两个重大难题，随着世界经济的发展、人口的增长和人们生活水平的提高，不可再生能源的消耗急剧增加，己经濒临枯竭。同时，随着化石能源的大规模开采利用，以及高耗能、高污染、粗放型的工业发展带来严重的大气污染和水污染，给人类的赖以生存的环境造成了严重的破坏。目前污染物处理的方法主要有：物理吸附法、微生物分解法、化学氧化法和高温焚烧法等。这些方法对环境的保护和治理都起到了重大作用，但是这些技术普遍存在着能耗高，不能彻底将污染物去除，易产生二次污染等方面的缺陷。因而，利用新型可再生能源，开发研究高效、低能耗和深度去除污染物的技术成为环保研究领域追求的目标。

半导体光催化技术在利用太阳光能开发可再生能源及环境净化上表现出巨大的应用前景，利用半导体氧化物材料在光照下表面能够受激活化，有效氧化分解有机物、还原重金属离子等特性，抗菌和清除异味，在污水处理、空气净化、太阳能利用、抗菌和自清洁功能等方面具有广阔的应用前景，V₂O₅作为过渡金属半导体氧化物，具有相对较低的能隙值(2.3eV)，为光催化剂材料提供广泛的光吸收谱。然而，单一的V₂O₅光生电子与光生空穴对复合太快，影响其光催化效果，故与Fe₂O₃半导体复合，改性其光催化效果，复合材料在新型光催化剂领域中具有良好的应用前景。

通过传统方法制备的光催化剂多为粉体，粉体颗粒尺寸较大，制备过程复杂，反应周期长，而且粉体容易团聚，难以分离和回收，严重制约了其光催化技术的商业化进程。制备纳米纤维就能很好的解决这一问题，制备纳米纤维最高效的手段就是采用静电纺丝技术，静电纺丝技术是指在高压静电发生器产生的高压静电场的作用下，通过溶胶-凝胶方法获得的带电高分子溶液或熔体在高压静电场中喷射变形流动，在这一过程中，经溶剂蒸发或熔体冷却过程而使溶质固化，最终制得无纺纤维毡物质的一种技术手段。通过静电纺丝技术制备的一维纳米纤维具有高长径比、高比表面积和纳米级微孔的产物特点。

发明内容

本发明提供了一种工艺简单、操作方便、制备周期短的静电纺丝法制备Fe₂O₃/V₂O₅复合纤维的方法，该方法制备的Fe₂O₃/V₂O₅复合纤维在可见光下具有良好的光催化性。

为了达到上述目的，本发明的静电纺丝法制备Fe₂O₃/V₂O₅复合纤维的方法包括以下步骤：

(1)纺丝液的配制：按照Fe：V＝0.5～1.5:0.5～1.5，优选0.8～1.2:0.8～1.2，优选约1：1的摩尔比称取乙酰基丙酮钒和三乙酰丙酮铁(总质量记为m_a)溶于有机溶剂(优选极性有机溶剂例如醇类溶剂如无水乙醇或醚类溶剂如乙醚或酮类溶剂如甲乙酮)中，持续搅拌，直至溶质完全溶解；然后向其中加入质量为m_b的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，使m_a：m_b＝1:1.5～6，优选1:2～4，更优选约1:3，持续搅拌至均匀，得到纺丝液；

(2)静电纺丝：将上述纺丝液进行静电纺丝，获得纳米纤维薄膜；

(3)干燥和煅烧：将上述纳米纤维薄膜干燥后煅烧，去除聚乙烯毗咯烷酮，得到Fe₂O₃/V₂O₅复合纤维。

优选地，在将乙酰基丙酮钒和三乙酰丙酮铁溶于有机溶剂时，乙酰基丙酮钒和三乙酰丙酮铁的总质量与有机溶剂的质量之比为1:5～100，优选1:20～1:60，更优选1:30～50。