[发明专利]一种TiO2掺杂石墨烯基电纺丝增强纳米纤维材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种TiO₂掺杂石墨烯基电纺丝增强纳米纤维材料，TiO₂掺杂石墨烯基电纺丝增强纳米纤维材料为以聚丙烯腈‑马来酸酐共聚物‑TiO₂为内芯、聚丙烯腈‑马来酸酐共聚物‑还原氧化石墨烯为外层组成的纳米纤维丝。该纤维材料比表面积大，官能团裸露率高，吸附性强、吸附量大、吸附和降解速率快、稳定性好、灵敏度高、重现性好。本发明还公开了上述纤维材料的制备方法，经过对PANCMA聚合物、GO和TiO₂比例、纺丝电压、接收距离、流速的调控优化，获得了吸附性更强、吸附量更大、吸附和降解速率更快、稳定性和重现性更好的电纺丝纳米纤维。本发明还公开了该纤维材料分离降解MG的应用，对MG具有很好的吸附及降解性能。

技术领域

本发明属于环境样品痕量目标物分离降解技术领域，尤其涉及一种TiO₂掺杂石墨烯基电纺丝增强纳米纤维材料及其制备方法和应用。

背景技术

孔雀石绿(MG)是一种三本甲烷类的基本染料，在棉、革、丝、纸等产品的染色上被广泛使用，具有潜在的“三致”作用。虽然我国在2002年前就将孔雀石绿列入《食品动物禁用的兽药及其化合物清单》，但由于它们在预防和治疗某些鱼类感染方面的低成本和有效性，有可能仍然被非法用作兽药。因此建立一套方便、快捷、高效的对MG的降解方法显得很是必要。

随着人们对解决环境污染问题的绿色技术越来越感兴趣，在过去的十年里，TiO₂介导的光催化已经成功地用于降解各种污染物，目前，由于TiO₂安全无毒、光化学性质稳定和低成本的优点被广泛的使用在光催化方面。但是，由于锐钛矿TiO₂是一种宽禁带半导体，它只能在波长小于388nm的紫外光照射下被光激活，该光带仅占太阳光谱的4％。另外，由于光生载流子(空穴-电子)的快速复合导致量子产率较低，TiO₂的光催化效率不能满足实际应用要求。近年来，研究人员发现将TiO₂与其它物质进行掺杂可以拓宽其激发光谱带，有报道称，在二氧化钛表面掺杂碳质物质以达到对其改性的目的，可诱导其光响应活性。与传统导电添加剂相比，单片石墨烯纳米片作为一种新型二维碳纳米材料，具有良好的导电性、比表面积大、结构柔韧性好等优点，有望提高光催化性能，即使在非常低的重量分数下，石墨烯也可以作为一个有效的电子传导网络。因此，用石墨烯或氧化石墨烯修饰二氧化钛纳米材料引起了广泛的兴趣。相对于氧化石墨烯(GO)而言，还原氧化石墨烯(rGO)具有更好的导电性。

催化氧化降解有机污染物作为环境保护研究方面的热门领域之一，近年来不断有新的技术应用于此。以孔雀石绿为例，Gokulakrishnan等通过过硫酸钾作用，降解孔雀石绿，试验发现，过硫酸钾可以降解过硫酸钾和镍(Ⅱ)高氯酸盐的混合溶液，在pH 3～9的范围内降解速率受孔雀石绿混合液初始浓度的影响；Moumeni等通过研究发现超声波对于废液中的孔雀石绿降解能起到很好的作用，实验数据表明，超声波能在这一过程中起到去甲基化和去除共轭键的作用；Hameed等采用芬顿试剂法降解孔雀石绿，研究发现初始亚铁离子浓度和溶液温度对于孔雀石绿的降解起到关键作用，最佳反应条件是温度30℃，pH3.40，初始H₂O₂浓度0.50mmol,初始Fe²⁺浓度0.10mmol，初始孔雀石绿浓度20mg/L，孔雀石绿的去除效率能达到99.25％；而Modirshahla则用紫外光和双氧水，光催化降解废染液里的孔雀石绿，发现在紫外光和双氧水单独作用下并不能起到降解作用，而联合作用时，双氧水、孔雀石绿的初始浓度和紫外光强度对去除效率有显著影响。