[发明专利]静电纺丝制备内嵌空心二氧化钛球复合纳米纤维膜的方法

说明书

本发明静电纺丝制备内嵌空心二氧化钛球复合纳米纤维膜的方法，属于静电纺丝技术领域。其步骤为：首先制备空心二氧化钛；然后将一定比例的空心二氧化钛球和聚合物在相应溶剂及一定温度下充分混合得到静电纺丝溶液；最后通过静电纺丝得到内嵌空心二氧化钛球球复合纳米纤维。本发明的空心二氧化钛球是以聚苯乙烯球为模板包覆二氧化硅，煅烧而得。本发明通过采用静电纺丝方法制备内嵌空心二氧化钛球球复合纳米纤维膜，其操作容易、生产工艺简单、对设备要求低，得到的纳米复合纤维膜具有优异的光催化性能，在利用光能漂浮降解污染物领域有很大应用前景，易于工业化生产。

技术领域

本发明属于纳米二氧化钛纤维膜制备技术领域，具体涉及一种基于静电纺丝技术制备内嵌空心二氧化钛球复合纳米纤维膜的方法。

背景技术

二氧化钛具有成本低、化学稳定性高、氧化活性高等诸多优点，被广泛应用于光催化、电催化、催化加氢和吸附等方面，因此是备受关注的绿色环保型功能材料，其比表面积、晶型及形貌对性能影响很大。纳米二氧化钛由于其尺寸太小，在使用过程中易团聚从而失去高活性，并且不易回收。在众多的二氧化钛形貌中，中空结构的二氧化钛不仅具有较高的比表面积，更能提高循环稳定性。因此，二氧化钛空心球的制备具有较高的使用价值。目前二氧化钛空心球的制备方法有水热模板法、喷雾干燥法、化学诱导法等，这些方法操作复杂、成本高且不适合于大规模应用，所制备的二氧化钛空心球的比表面积较小且形貌不规则。利用模板法制备空心二氧化钛球具有较为环保简便的优点。

静电纺丝技术是近年来发展较快的制备纳米纤维膜的一种重要方法，该方法通过使带有电荷的高分子熔体或者溶液在高压静电场中喷射、拉伸、固化或者溶剂挥发，最终形成纳米纤维，通过一定的接收装置即可得到膜材料。静电纺丝纤维的组成成分具有可控性，可根据需要获得不同的特性和功能。静电纺丝的设备一般由纺丝溶液的定量输送装置、高压静电发生器、纺丝组件、纤维接收器等组成。其原理为：聚合物溶液或熔体在高压静电的作用下，在喷丝头流出形成泰勒锥（Taylor），当电场强度达到一个临界值时，电场力克服液体的表面张力，在喷丝口处形成一股带电的喷射流。聚合物喷射流从Taylor锥处向接收装置飞跃的过程中被拉长、细化，同时溶剂蒸发或固化，落在接收装置上，形成类似非织造布状的纳米纤维膜。

本发明结合聚苯乙烯球为模板制备空心二氧化钛球和静电纺丝技术，原位的将空心二氧化钛球纺进纳米纤维膜内，使其具有良好的内嵌性，有利于在光催化降解污染物等方面的应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状提供一种基于静电纺丝技术制备内嵌空心二氧化钛球复合纳米纤维膜的方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：

静电纺丝制备内嵌空心二氧化钛球复合纳米纤维膜的方法，包括以下步骤：

1）制备聚苯乙烯球溶液

将聚乙烯吡咯烷酮与水混合得到混合溶液，充分搅拌，在溶液中加入苯乙烯，并立即施加氮气保护，在800rpm速度下搅拌反应30min形成乳浊液，将乳浊液置于70℃的油浴中搅拌，随后加入含有引发剂偶氮二异丁脒盐酸盐的水溶液，保持氮气保护状态于70℃恒温聚合24h，最终得到的聚苯乙烯球溶液保存在氮气气氛下；

2）制备空心二氧化钛球

取上述聚苯乙烯球溶液分别进行水洗涤和乙醇洗涤各两次，之后将其分散于乙醇中超声处理30min得到分散液；分散液中加入十六烷基胺和氨水搅拌至混合均匀得溶液，再向溶液中加入钛酸异丙酯持续搅拌反应2-4小时，反应结束后停止搅拌并陈化6-20小时；过滤，滤饼使用去离子水洗涤三次之后于40-80℃下干燥12小时得固体粉末二氧化钛包覆聚苯乙烯球，二氧化钛包覆聚苯乙烯球再于400-600℃焙烧1～3小时，得到空心二氧化钛球；

3）空心二氧化钛和高聚物混合配制静电纺丝液

将一定比例的空心二氧化钛球和高聚物溶于溶剂中，混合均匀得到淡黄色溶液，即为静电纺丝液；

4）静电纺丝