[发明专利]一种用于染料降解的光催化纳米纤维膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于染料降解的光催化纳米纤维膜及其制备方法。该膜在光照条件下能实现高效染料降解，光照90min后使有机染料被完全光催化降解。该膜的制备方法也很简单，将聚丙烯腈(PAN)溶于N，N‑二甲基甲酰胺(DMF)中得到纺丝溶液，采用气体辅助法制备PAN纳米纤维膜，经聚苯胺改性后制备PANI/PAN纳米纤维膜，用乙酸锌溶液和氢氧化钠溶液交替浸涂PANI/PAN纳米纤维膜，并将交替浸涂后的PANI/PAN纳米纤维膜与Zn(NO₃)₂·6H₂O和C₆H₁₂N₄制备的水热反应前驱液进行水热反应。各种测试手段对材料的表征表明改性效果良好，可以验证染料降解性能的光催化纳米纤维膜的功效。

技术领域

本发明涉及染料降解膜制备技术领域，用于制备在可见光照射下正常工作的光催化降解 有机染料的高效复合纳米纤维膜。

背景技术

近年来，由于全球范围内不断发生严重的废水污染事件，含有机染料的废水引起的水污 染严重危害人类的生命健康，因此，染料降解材料的制备已成为一项紧迫的任务。在过去的 几十年中，研究人员采用了许多新方法来降解有机染料，但是这些方法普遍存在降解效率低， 操作过程繁琐，设备成本高以及存在二次污染等缺点，这些缺点严重限制了它们在实际中应 用。目前，膜降解技术是处理含有机染料废水的有效方法，因为其降解效率高、环境友好、 操作简单可靠等优势，因此引起了研究人员的广泛关注。

光催化可以诱导半导体光催化剂的电子转移产生羟基自由基，并与有机染料发生反应。 一系列具有良好光催化活性和稳定性的金属氧化物、硫化物及复合金属氧化物近年来已经成 功应用于有机染料的降解。

纳米纤维膜因其具有多孔结构、比表面积大、渗透性强以及可调控性的特点在染料降解 领域受到广泛关注。纳米纤维膜表面负载光催化活性物质是染料降解的关键。由于负载了光 催化活性物质，纳米纤维膜对有机染料具有较高的降解效率，近年来成为染料降解膜制备领 域的研究热点。但目前报道的膜材料仍存在染料降解效率差、易污染、耐受性差、环保性低 等问题，严重阻碍了其实际应用。因此，开发一种低成本、简易的方法来制备降解效率高、 环保性强、稳定性好的染料降解纤维膜，用于废水污染物中染料降解迫在眉睫。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种用于染料降解的光催化纳米纤维膜及其制备方法， 有效提高纤维膜的染料降解性能，具备工业化生产可行性。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种用于染料降解的光催化纳米纤 维膜及其制备方法，包括如下步骤：

将聚丙烯腈(PAN)溶解于N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中得到PAN溶液。采用气体 辅助法气纺1h将PAN制成纳米纤维膜后，用苯胺溶液和过硫酸铵溶液改性PAN膜，在氮 气氛围下聚合2h得到PANI/PAN膜。然后在乙酸锌溶液和氢氧化钠溶液多次交替浸涂下， 得到初步改性的PANI/PAN膜。最后，利用水热法将ZnO负载在PANI/PAN膜的表面，即 得到可用于染料降解的ZnO/PANI/PAN光催化复合纳米纤维膜。

所述步骤中，PAN溶液浓度为0.015mol/L。

所述苯胺溶液的浓度为0.01mol/L，过硫酸铵溶液浓度为0.02mol/L。

所述乙酸锌溶液浓度为15mg/mL，氢氧化钠溶液浓度为0.1mol/L。

所述交替浸涂次数为5次。

所述气体辅助法纺丝条件为：推进泵作用下针头注射速度为2.5mL/h，施加气流维持在 8L/min。针与收集器之间的水平距离保持在15cm。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：