[发明专利]负载硫化镉和二硫化钼的二氧化钛纤维及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光催化领域，涉及的是负载硫化镉和二硫化钼二氧化钛纤维的制备方法。

背景技术

随着现在工业社会的快速发展，在物质生活得到提高的同时，环境问题却不容乐观。对于废弃化学排放物的处理得到越来越多的关注。染料废水是主要的有害工业废水之一。在众多半导体光催化材料中，TiO₂因为高稳定性、无毒、无二次污染和低成本等优点，在气体和水体污染物处理和光能转换等方面都有很大的应用价值。

但TiO₂有两个明显的不足:一是带隙较宽(锐钛矿Eg＝3.2eV)，只能吸收λ<387.5nm的紫外光，太阳光利用率低；二是光生电子与空穴容易复合。解决这些不足，一般会将TiO₂进行掺杂，表面负载半导体，染料敏化或者负载金属。

合成TiO₂的方法有很多，如固相法，溶胶凝胶法，水热法，高压静电纺丝法。其中，利用高压静电纺丝法可以方便的合成连续的一维微/纳米纤维。采用一维的二氧化钛纤维作为基体，由于其长径比较大，相对简单的纳米颗粒，更易于从反应后的体系中分离回收，从而多次使用。

负载半导体的方法，通常有浸渍法，回流法，物理(化学)气相沉积法，水热法等等。其中水热法是指在反应釜内，以水为介质，通过加热，形成一个高温高压的环境。通过水热法负载纳米材料，相对其他的方法更为环保，反应条件简单温和，容易调控，产物团聚少，分散性好。

半导体CdS的带隙在2.4eV，在可见光范围内具有光催化性。但是硫化镉本身比表面积小，易被光腐蚀。将比表面积大的二氧化钛纳米纤维与硫化镉复合，形成TiO₂/CdS复合结构具有独特的优势，能够有效分离电子空穴对。

MoS₂是类石墨烯型，有超细层状结构，带隙在1.89e V。纳米尺度的MoS₂具有比微米尺度MoS₂更为优异的催化性能，在TiO₂/CdS表面负载MoS₂纳米片就可以使合成的样品具有较大的吸附性和一定的抗腐蚀性，有利于光催化剂的优化使用。

本发明采用高压静电法制备二氧化钛纤维，再利用水热法，半胱氨酸作为硫化剂和螯合剂，在二氧化钛纤维表面负载硫化镉。同理，利用硫脲作硫化剂，在纤维表面再次负载二硫化钼，得到了负载硫化镉和二硫化钼的二氧化钛纤维。目前该方法未有报道。

发明内容

本发明是关于负载硫化镉和二硫化钼二氧化钛纤维的制备方法。合成的三元复合催化剂TiO₂/CdS/MoS₂的光催化的光吸收范围，可扩大到可见光范围，同时，该催化剂具有比表面积大，易分离，可回收，光催化效率高等优点。合成的催化剂周期较短，产品均一稳定，可降解染料类有机物，具有优异的光催化活性。

本发明采用高压静电法制备二氧化钛纤维，先利用高压静电，将前驱体溶胶拉伸成纤维状，然后通过烧结得到纯的二氧化钛纤维；再通过水热法，半胱氨酸作为硫化剂和螯合，在二氧化钛纤维表面负载硫化镉。同理，利用硫脲作硫化剂，在纤维表面再次负载二硫化钼，得到了负载硫化镉和二硫化钼的二氧化钛纤维。

具体步骤为：

(1)将一定量的钛酸正丁酯，乙酰丙酮，PVP，无水乙醇，混合搅拌一夜后，制得前驱体溶胶，通过静电纺丝机得到纤维薄膜；

(2)将步骤(1)获得的纤维薄膜低温干燥，再在450℃保温5小时，得到二氧化钛纤维；

(3)将由步骤(2)获得的产物与硝酸镉，半胱氨酸和纯水，混合搅拌均匀，转移至反应釜内，在120℃保温12小时，然后离心洗涤干燥，得到负载硫化镉的二氧化钛纤维；

(4)将由步骤(3)获得的产物与钼酸铵，硫脲和纯水，混合搅拌均匀，转移至反应釜内，在120℃保温12小时，然后洗涤干燥，得到负载硫化镉和二硫化钼的二氧化钛纤维。

3、如权利要求2所述一种负载硫化镉和二硫化钼的二氧化钛纤维的制备方法，其特征在于静电纺丝的前驱体溶胶中，钛酸四丁酯，乙酰丙酮，聚乙烯吡咯烷酮在乙醇中的含量分别为0.4g/mL，0.2g/mL，0.08g/mL。

4、如权利要求2所述一种负载硫化镉和二硫化钼的二氧化钛纤维的制备方法，其特征在于静电纺丝机纺丝，喷头尖端与接收板的距离为15cm，电压为10到14k V。