负载型纳米氧化亚铜-纳米纤维复合材料及其制备方法与流程

1.本发明属于纳米复合材料技术领域，具体涉及一种负载型纳米氧化亚铜-纳米纤维复合材料，本发明还涉及一种负载型纳米氧化亚铜-纳米纤维复合材料的制备方法。


背景技术：

2.氧化亚铜(cu2o)因其窄禁带、低毒性、制备简单，成本低廉，而作为一种有前途的可见光半导体光催化剂受到广泛关注，在催化材料、生物医药、传感器和环境治理等方面有良好的应用前景。通过控制反应条件，可合成不同粒径、不同形貌的氧化亚铜。氧化亚铜的形貌差异对光催化影响非常之大，且纳米氧化亚铜在去除环境污染物过程中，粉末光催化剂容易散落分布在各种环境体系中，不易回收，易造成二次污染，而负载纤维膜可重复回收使用。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种负载型纳米氧化亚铜-纳米纤维复合材料，解决了现有粉末光催化剂容易散落分布在各种环境体系中，不易回收，易造成二次污染的问题。
4.本发明的另一目的在于提供一种负载型纳米氧化亚铜-纳米纤维复合材料的制备方法，条件温和，生物相容性好。
5.本发明所采用的第一种技术方案是：负载型纳米氧化亚铜-纳米纤维复合材料的制备方法，包括以下步骤：
6.步骤1、将纳米cu2o用dmac配制出均匀的cu2o分散液，然后加入pan粉末，混合均匀得到cu2o/pan静电纺丝溶液；
7.步骤2、将步骤1得到的cu2o/pan静电纺丝溶液置于静电纺丝机中，收集于包裹非织造布的接收辊上，获得负载纳米cu2o的cu2o/pan纳米纤维膜；
8.步骤3、将步骤2得到的负载纳米cu2o的cu2o/pan纳米纤维膜真空干燥即得。
9.本发明第一种技术方案的特点还在于，
10.步骤1中纳米cu2o的形貌包括立方体、八面体、菱形十二面体中的一种。
11.步骤1得到的cu2o/pan静电纺丝溶液各组分的质量百分比为cu2o0.3％-0.5％、pan10％-13％、余量为dmac，上述组分的质量百分比之和为100％。
12.步骤2中静电纺丝机的针头距接收器距离为15cm-25cm，纺丝电压为15kv-20kv。
13.步骤3中真空干燥的温度为50-70℃，时长为9-13h。
14.本发明所采用的第二种技术方案是：
15.如上述制备方法得到的负载型纳米氧化亚铜-纳米纤维复合材料。
16.本发明的有益效果是：
17.1)本发明的方法简单，条件温和，生物相容性好；
18.2)本发明制备得到的基于静电纺丝技术，得到负载型不同形貌的纳米氧化亚铜-纳米纤维复合材料，是将纳米氧化亚铜有效负载于纳米纤维膜上，使得纳米氧化亚铜结构
稳定，易于回收，不会造成二次污染，同时有效利用纳米纤维膜多孔、大比表面积等优势，对进一步提高纳米复合纤维的吸附光催化性能有积极的意义，可用于制作空气、废水净化器过滤网，是环境污染防治的有效手段之一，是一种具有应用价值的纤维材料。
附图说明
19.图1a)是本发明实施例1采用的立方体形貌纳米氧化亚铜扫描电镜图；
20.图1b)是本发明实施例2采用的八面体形貌纳米氧化亚铜扫描电镜图；
21.图1c)是本发明实施例3采用的菱形十二面体形貌纳米氧化亚铜扫描电镜图；
22.图2a)是本发明实施例1制得的负载立方体形貌纳米氧化亚铜的cu2o/pan纳米纤维膜扫描电镜图；
23.图2b)是本发明实施例2制得的负载八面体形貌纳米氧化亚铜的cu2o/pan纳米纤维膜扫描电镜图；
24.图2c)是本发明实施例3制得的负载菱形十二面体形貌纳米氧化亚铜的cu2o/pan纳米纤维膜扫描电镜图；
25.图3是本发明实施例1-3制得的负载三种不同形貌纳米氧化亚铜的cu2o/pan纳米纤维膜对亚甲基蓝的吸附性曲线图；
26.图4是本发明实施例1-3制得的负载三种不同形貌纳米氧化亚铜的cu2o/pan纳米纤维膜对亚甲基蓝的光催化活性曲线图；
27.图5是本发明实施例1-3制得的负载三种不同形貌纳米氧化亚铜的cu2o/pan纳米纤维膜对亚甲基蓝的重复使用性曲线图。
具体实施方式
28.下面结合附图以及具体实施方式对本发明进行详细说明。
29.本发明提供了一种负载型纳米氧化亚铜-纳米纤维复合材料及其制备方法，包括以下步骤：
30.步骤1、将不同形貌如立方体、八面体或菱形十二面体的纳米cu2o用dmac配制出均匀的cu2o分散液，然后加入pan粉末，混合均匀得到cu2o/pan静电纺丝溶液，溶液各组分的质量百分比为cu2o0.3％-0.5％、pan10％-13％、余量为dmac，上述组分的质量百分比之和为100％
31.本发明对不同形貌纳米氧化亚铜的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售商品或采用本领域技术人员的常规技术手段制得的不同形貌纳米氧化亚铜即可，例如参照文献，liang x.facile synthesis and shape evolution of single-crystal cuprous oxide[j].adv.mater,2009,21(21):2068-2071.公开的制备方法制得即可。
[0032]
步骤2、将步骤1得到的cu2o/pan静电纺丝溶液置于静电纺丝机中，调整针头距接收器的距离15cm-25cm和纺丝电压15kv-20kv，收集于包裹非织造布的接收辊上，获得负载纳米cu2o的cu2o/pan纳米纤维膜；
[0033]
步骤3、将步骤2得到的负载纳米cu2o的cu2o/pan纳米纤维膜50-70℃真空干燥9-13h即得。
[0034]
通过上述方式，本发明一种负载型纳米氧化亚铜-纳米纤维复合材料及其制备方
法还具体以下特点：
[0035]
1)静电纺丝方法可以得到直径为几十或几百纳米的无序纳米级纤维，无序的纳米纤维无序交织在一起，形成了自支持的网络，以其极大的比表面积和孔隙率、极高的过滤精度等优势而被广泛用于过滤材料。把静电纺纳米纤维产品应用到水过滤技术中，将为制造高精度的过滤材料提供一种新的途径。
[0036]
2)氧化亚铜具有很强的抑菌性，制备简单，成本低廉。通过控制反应条件，可合成不同粒径、不同形貌的氧化亚铜。纳米氧化亚铜是一种常用的新型纳米材料，在生物医药、传感器、催化材料和环境治理等方面有良好的应用前景。氧化亚铜的形貌差异对光催化影响非常之大，纯cu2o的光催化活性相对较低，因为光生电子和空穴之间容易复合、聚集或被氧化，且粉末光催化剂不容易回收，负载纤维膜可重复回收使用。
[0037]
3)基于静电纺丝技术，以聚丙烯腈(pan)和不同形貌的纳米cu2o进行共混，通过静电纺丝方法制备出负载立方体(cub/pan)、八面体(oct/pan)、菱形十二面体(rhd/pan)复合纳米纤维膜。负载不同形貌的cu2o/pan复合纳米纤维膜，具有更优良的吸附性能，进一步提高cu2o的光催化性能。
[0038]
4)本发明基于静电纺丝技术，得到一种负载不同形貌的纳米氧化亚铜-纳米纤维复合光活性材料的制备方法，所用材料主要包括聚丙烯腈(pan)、n,n-二甲基乙酰胺(dmac)、不同形貌的纳米cu2o粉末，其中以dmac为溶剂的cu2o/pan纺丝液中，不同形貌纳米cu2o和pan的质量比为0.3％-0.5％:10％-13％。
[0039]
实施例1
[0040]
1)静电纺丝溶液的配制
[0041]
将立方体形貌的纳米cu2o用dmac配制出均匀的cu2o分散液，然后加入称量好的pan粉末，混合均匀得到cu2o/pan静电纺丝溶液；其中，立方体形貌纳米cu2o和pan的质量比为0.3％:11％。
[0042]
2)将步骤1)中的纺丝液置于静电纺丝机中，调整针头距接收器的距离16cm和纺丝电压18kv，收集于包裹非织造布的接收辊上，获得负载立方体形貌纳米cu2o的cu2o/pan纳米纤维膜。
[0043]
3)将步骤2)得到的cu2o/pan纳米纤维膜60℃真空干燥12h。
[0044]
实施例2
[0045]
1)静电纺丝溶液的配制
[0046]
将八面体形貌的纳米cu2o用dmac配制出均匀的cu2o分散液，然后加入称量好的pan粉末，混合均匀得到cu2o/pan静电纺丝溶液；其中，八面体形貌纳米cu2o和pan的质量比为0.3％:11％。
[0047]
2)将步骤1)中的纺丝液置于静电纺丝机中，调整针头距接收器的距离16cm和纺丝电压18kv，收集于包裹非织造布的接收辊上，获得负载八面体形貌纳米cu2o的cu2o/pan纳米纤维膜。
[0048]
3)将步骤2)得到的cu2o/pan纳米纤维膜60℃真空干燥12h。
[0049]
实施例3
[0050]
1)静电纺丝溶液的配制
[0051]
将菱形十二面体形貌的纳米cu2o用dmac配制出均匀的cu2o分散液，然后加入称量
好的pan粉末，混合均匀得到cu2o/pan静电纺丝溶液；其中，菱形十二面体形貌纳米cu2o和pan的质量比为0.3％:11％。
[0052]
2)将步骤1)中的纺丝液置于静电纺丝机中，调整针头距接收器的距离16cm和纺丝电压18kv，收集于包裹非织造布的接收辊上，获得负载菱形十二面体形貌纳米cu2o的cu2o/pan纳米纤维膜。
[0053]
3)将步骤2)得到的cu2o/pan纳米纤维膜60℃真空干燥12h。
[0054]
对本发明实施例1-3制得的不同形貌纳米氧化亚铜(如图1a)至图1c))和负载不同形貌纳米氧化亚铜的cu2o/pan纳米纤维膜(如图2a)至图2c))进行扫描电镜表征；如图3至图5所示，并对实施例1-3制得的负载不同形貌纳米氧化亚铜的cu2o/pan纳米纤维膜对亚甲基蓝(mb)的吸附-光催化性能及重复使用性能测试。
[0055]
实验结果表明，cu2o作为可见光半导体光催化剂，加之纳米纤维膜较强的吸附作用，使三种不同形貌cu2o/pan纳米纤维膜在光催化测试中都有较好的效果，其中rhd/pan经过120min的光催化降解效果最好。比较传统的cu2o粉末光催化剂，负载的纳米纤维膜方便回收利用，即使在第5次循环后，rhd/pan纳米纤维的光催化性仍能有效保持85％以上，对于过滤材料的开发和利用具有重大的经济和环保效益。
[0056]
实施例4
[0057]
1)静电纺丝溶液的配制
[0058]
将不同形貌的纳米cu2o用dmac配制出均匀的cu2o分散液，然后加入称量好的pan粉末，混合均匀得到cu2o/pan静电纺丝溶液；其中，不同形貌纳米cu2o和pan的质量比为0.4％:10％。
[0059]
2)将步骤1)中的纺丝液置于静电纺丝机中，调整针头距接收器的距离15cm和纺丝电压15kv，收集于包裹非织造布的接收辊上，获得负载不同形貌纳米cu2o的cu2o/pan纳米纤维膜。
[0060]
3)将步骤2)得到的cu2o/pan纳米纤维膜50℃真空干燥13h。
[0061]
实施例5
[0062]
1)静电纺丝溶液的配制
[0063]
将不同形貌的纳米cu2o用dmac配制出均匀的cu2o分散液，然后加入称量好的pan粉末，混合均匀得到cu2o/pan静电纺丝溶液；其中，不同形貌纳米cu2o和pan的质量比为0.35％:13％。
[0064]
2)将步骤1)中的纺丝液置于静电纺丝机中，调整针头距接收器的距离22cm和纺丝电压20kv，收集于包裹非织造布的接收辊上，获得负载不同形貌纳米cu2o的cu2o/pan纳米纤维膜。
[0065]
3)将步骤2)得到的cu2o/pan纳米纤维膜65℃真空干燥10h。
[0066]
实施例6
[0067]
1)静电纺丝溶液的配制
[0068]
将不同形貌的纳米cu2o用dmac配制出均匀的cu2o分散液，然后加入称量好的pan粉末，混合均匀得到cu2o/pan静电纺丝溶液；其中，不同形貌纳米cu2o和pan的质量比为0.5％:12％。
[0069]
2)将步骤1)中的纺丝液置于静电纺丝机中，调整针头距接收器的距离25cm和纺丝
电压19kv，收集于包裹非织造布的接收辊上，获得负载不同形貌纳米cu2o的cu2o/pan纳米纤维膜。
[0070]
3)将步骤2)得到的cu2o/pan纳米纤维膜70℃真空干燥9h。