[发明专利]一种双组分、多重网络纳米纤维气凝胶负载异质结光催化剂的制备方法及应用

说明书

本发明属于纳米功能材料制备及其应用领域，特别涉及一种双组分、多重网络纳米纤维气凝胶负载异质结光催化剂的制备方法及应用；本发明一方面利用高压静电纺丝技术和氨基功能化处理制得氨化高分子纳米纤维；另一方面从天然植物中提取纤维素纳米纤维，利用两种纳米纤维之间的氢键作用交叉形成三维网络气凝胶，制得双组分、多重网络纳米纤维气凝胶；利用水热法，在其三维网络结构中生长异质结光催化剂；本发明制备的气凝胶光催化剂，热稳定性强，形貌可控，制备流程简单，便于大规模生产；其轻质，亲水的特点，结合其多重网络结构中生长的异质结催化剂，对水环境中典型污染物都具有很好的转化去除效果，与此同时，还具备产氢和杀菌功能。

技术领域

本发明属于纳米功能材料制备及其应用领域，特别涉及一种双组分、多重网络纳米纤维气凝胶负载异质结光催化剂的制备方法及应用。

背景技术

随着社会工业的不断发展，水体环境污染问题日益突出。人们对水体环境污染物的去除从一般意义上的吸附、沉淀、萃取等污染物分离转移方式向无害化方向转变。其中，光催化作为一种高级氧化技术，因具有能耗低，无二次污染，效率高等优点，逐渐成为目前的研究热点。光催化剂，作为光催化技术过程的核心，对光催化效率影响巨大。目前，常用的光催化剂以纳米颗粒和粉末为主，易团聚，难分离，容易造成二次污染，且单一组分的光催化剂具有光吸收范围窄，效率低，电子、空穴复合速度快等缺点。

因此，需要开发新型催化剂载体，并通过金属/非金属掺杂、构建异质结等方式解决现有光催化剂的不足。常用的催化剂载体包括玻璃、陶瓷、膜、微球等，这些载体均存在一定程度的不足，例如，玻璃载体厚重，表面光滑，实际使用不便；而陶瓷载体较为昂贵；膜载体形貌和孔径调控难度大，运行成本高；微球载体需要外加磁性或过滤等方式回收，操作不便。纳米纤维气凝胶，作为一种轻质、低密度材料，其独特的网络结构和孔隙，使其成为光催化剂的良好载体。然而，一般的天然纤维素气凝胶存在热稳定性差、机械强度不高等问题，限制其在负载光催化剂方面的应用范围。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中存在的上述技术问题，提供了一种双组分、多重网络纳米纤维气凝胶负载异质结光催化剂的制备方法,将高分子聚合物纳米纤维进行胺化后，与天然纤维素纳米纤维通过氢键作用构筑具有多重网络结构的气凝胶、水热生长石墨氮化碳与铁系金属有机框架材料形成异质结，复合制备出高效去除水体多种污染物的气凝胶光催化剂。

为解决上述问题，本发明的技术方案如下：

一种双组分、多重网络纳米纤维气凝胶负载异质结光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，制备氨化的聚丙烯腈纳米纤维；

步骤2，将所述氨化的聚丙烯腈纳米纤维分散在水溶液中，制得溶液A；将纤维素纳米纤维分散在水溶液中，制得溶液B；将溶液A与溶液B混合、加热、冻干，制得双组分、多重网络纳米纤维气凝胶；

步骤3，取石墨氮化碳，铁源试剂，二氨基对苯二甲酸，步骤2制得的双组分、多重网络纳米纤维气凝胶，加入N，N-二甲基甲酰胺溶剂中，水热反应8～24小时，制得产物。

优选地，步骤1所述氨化的高分子聚合物纳米纤维的制备方法为：

步骤1.1，以聚丙烯腈高分子聚合物溶液为纺丝液，利用高压静电纺丝技术制备聚丙烯腈纳米纤维；

步骤1.2，将所述聚丙烯腈纳米纤维置于含氨化试剂的水溶液中，调节温度为100～180℃，加热反应6～24小时。

优选地，所述步骤1.1中，纺丝液的质量分数为8％～15％，纺丝电压为10～30kV,纺丝液体流速为0.5～2.0mL/h,收集距离为13～22cm。

优选地，所述步骤1.2中，聚丙烯腈纳米纤维的投加量为2g/L～5g/L，氨化试剂的投加量为100g/L～500g/L。