[发明专利]一种光响应多功能纤维材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种光响应多功能纤维材料及其制备方法和应用。本发明的光催化材料为二维超薄氮化碳纳米片胶体悬浮液，纤维材料为棉、麻、毛、植物纤维、化纤等成分的织物或无纺布。纤维材料无需前处理，直接将氮化碳纳米片通过喷瓶喷涂于纤维材料表面，通过纳米片表面的羟基和氨基与纤维材料表面的相关基团的氢键作用，获得稳定的光响应多功能纤维材料。本发明的光响应多功能纤维材料，其涂层可见光透过性好，不掩盖织物本身颜色，可在阳光下降解多种常见染料及生物质色素，保护纤维，并且可以催化降解甲醛气体，具有极佳的应用前景。本发明方法工艺简单，易控制，可操作性强，生产成本较低，易于工业化生产，具有良好的经济效益和广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及光催化自清洁纤维材料的制备领域，具体涉及一种光响应多功能纤维材料及其制备方法和应用。

背景技术

伴随着人们生活水平的提高，环保理念的提升，以及生活节奏的加速和自然环境的破坏，人们对服装、家用纤维材料的功能性有了新的需求。自清洁功能是纤维材料众多功能性中的一种，近年来用于纺织领域的自清洁功能纤维迅速发展，具有自清洁功能的纤维材料不仅可以缓解洗涤带来的环境和能源问题，还能有效保护人体不受环境污染物的伤害。因此，自清洁纤维材料的研究与产业化具有十分重要的意义。在当前全世界对环境和能源问题异常重视的前提下，自清洁纤维的功能改良与拓展研究成为了备受关注的热点问题之一。

传统自清洁纤维纺织技术主要分为超疏水表面涂层技术和基于纳米TiO₂的光催化自清洁技术。其中，超疏水表面涂层技术采用仿生学原理和纳米技术在纤维表面构建类似超疏水材料的表面结构，或使用低表面能的含氟、硅基团的物质进行修饰和涂层，使纤维材料表面产生“荷叶效应”，疏水化的纤维织物就会具有一定程度的自清洁能力，但是疏水化并不能降解处理污染物，是一种不完全的自清洁方法；1997年，Wang等在Nature上首次报道了纳米TiO₂薄膜的双亲性，并研发出具有防雾和自清洁功能的玻璃后，光催化自清洁技术开始在纺织领域迅速发展。相比于超疏水涂层，光催化技术能够将有机污染物在自然光的作用下直接降解为无毒无害的小分子H₂O、CO₂等，而不会造成二次污染，并且直接利用太阳光，成本低廉，具有较好的实用价值。但是通过静电纺丝等技术将纳米TiO₂结合于纤维结构中，需要消耗大量电能，且对纳米TiO₂的需求量较大，实际具有光催化活性的TiO₂则较少，而且纳米TiO₂带隙较宽，对可见光的利用率低，结合纤维材料的光催化效率有待提高，实际应用中效果并不理想。

发明内容

本发明通过一种新型的改性方法将性能优于纳米TiO₂的氮化碳纳米片(CNNS)稳定结合到各类常见纤维材料上，得到一种具有光响应性的高性能自清洁纤维材料，并拓展开发了多种功能，比传统自清洁纤维材料具有更广泛的实用价值。

本发明提供了一种简单的喷涂法，将石墨相氮化碳(g-C₃N₄)通过不同方法剥离得到的CNNS胶体结合于不同种类的纤维基体表面，通过对喷涂法制备的多种光响应纤维材料进行性能测试，根据结合稳定性和光催化性能筛选出最优的CNNS胶体。

本发明的喷涂法包括以下步骤：将CNNS胶体装入喷雾瓶，均匀喷涂于纤维材料表面，烘干后用去离子水洗涤，烘干后再次喷涂，重复以上步骤3-5次，通过差量法测定纤维材料的质量变化，直至质量不再变化，此时CNNS负载量饱和，多次洗涤，除去纤维材料表面结合牢固度较低的CNNS，测定洗涤液的紫外吸收光谱，直至CNNS的特征吸收峰消失，烘干后即可得到稳定的具有光催化性能的自清洁纤维材料。通过对自清洁纤维材料再次测定质量，即可得到该纤维材料上CNNS的负载量。