一种氮化碳光催化活性纳米纤维膜及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于光催化水污染控制技术领域，具体涉及一种氮化碳光催化活性纳米纤维膜及其制备方法。
【背景技术】
[0002]光催化技术是一种高效清洁的新型水处理技术，由于其具有能耗低、环境友好、彻底矿化污染物等显著优点，收到了水污染控制领域的广泛的重视和深入研宄。上世纪70年代，Carey等首先报道了 T12在近紫外光的照射下可使水中多氯联苯完全脱氯去毒，从此开启了光催化用于水处理领域的新篇章。此后，大量的深入研宄表明:利用光催化技术不仅能够处理多种难降解有机污染物，同时具有很好的杀菌及抑菌活性，其副产物少、无毒无害，因此，光催化技术被认为是当前最具有开发前景的水处理技术，具有强大的工程潜力。然而目前光催化剂的主要形式为纳米颗粒物，在投加于水中时不可避免地会产生易失活、难回收、可能造成二次污染等一系列问题。为了克服纳米颗粒物光催化材料在水处理应用中的缺陷，改进光催化剂型式，以实现对光催化剂在水处理领域有效的回收和利用是目前光催化研宄的热点和难点。
[0003]高压静电喷丝技术是一种制备纳米纤维膜材料的新型技术。该技术利用带电荷的聚合物溶液或熔体在静电场中射流来实现超细纤维膜的加工，所制得的纤维直径可达纳米级，孔容高、比表面积大。借助该技术可以将带有半导体纳米颗粒物的前体聚合物作为基质，制备光催化活性纳米纤维膜，由于其具有纤维结构和一定的机械强度，容易从水中分离回收，因此，成为纳米材料制备领域与光催化技术交叉学科的一个研宄热点。专利CN201210136797.9公开了一种以电纺法制备基于石墨烯/半导体光催化滤膜的方法，该光催化剂以滤膜形式实现了对有机染料循环、连续的催化降解，提高了半导体光催化剂的光降解效率；专利CN200710176994.2公开了一种纳米纤维负载二氧化钛光催化剂的制备方法，是以钛前驱体电纺获得纳米纤维膜，经过焙烧等后处理工艺得到负载二氧化钛光催化剂；专利CN201210037508.X则提供了一种半导体异质结/导电聚合物纤维膜复合光催化剂，具体是选择几种异质结材料与导电聚合物混合，直接纺丝获得，实际上是利用导电聚合物纳米纤维膜作为催化剂的载体。
[0004]以上研宄均借助电纺纳米纤维膜为光催化剂提供了负载条件，具有较好的实用化效果，但目前的研宄中涉及紫外光催化剂的较多，制备可见光催化纳米纤维膜的较少。氮化碳是一种新型碳材料衍生物，片层由C-N共价键组成，层与层之间存在的微弱的范德华力，通过离子-Ji相互作用和静电相互作用而形成氮化碳插层化合物，而且其带隙较窄(2.7eV)，对可见光有较强的响应能力，来源丰富，合成成本低。虽然现今已经广泛报道氮化碳及氮化碳复合光催化材料(CN201410743566.3、CN201310726501.3、CN201410148267.5、CN201310240111.5)，但通过改变氮化碳的纳米形态以获得提高氮化碳光催化剂的实用价值，特别是以电纺纳米纤维膜性质来实现形态改变，制备氮化碳光催化活性纳米纤维膜的研宄还未见报道。
【发明内容】
[0005]本发明是鉴于现有技术中存在不足之处而做出的。制备氮化碳纳米纤维膜是一项具有挑战性的工作，由于氮化碳的形成机制与传统金属氧化物光催化剂不同，难以利用传统的负载法或高温焙烧法制备而得，在热处理过程中，容易引起氮化钛纤维的缩聚并导致纳米结构崩塌。针对解决氮化碳纳米纤维的制备难题，本发明提出在绝氧条件下以原位电纺合成技术来制备氮化碳光催化活性纳米纤维膜的方法，只能借助氮化碳的纺丝前体物在高温下原位制备而得，因此需优化纺丝前体的合成配方，并在纺丝过程中需严格控制纺丝条件、热处理温度及纺丝速率。本发明公开的原料易得、工艺简单、易于控制的氮化碳光催化活性纳米纤维膜的制备方法，可以为光催化技术研宄领域提供新的光催化合成方法，并进一步推进光催化技术在水污染控制化学领域的实用化。
[0006]本发明的目的在于提供一种氮化碳光催化活性纳米纤维膜，本发明的另一目的是提供该氮化碳光催化活性纳米纤维膜的制备方法。
[0007]为了实现上述目的，本发明第一技术方案，一种氮化碳光催化活性纳米纤维膜的制备方法，其特征在于包括如下制备步骤。
[0008]I)按质量比配置聚嗪酰胺的二氯甲烷溶液，室温下搅拌至完全溶解，并在5°C下保持12小时以熟化聚嗪酰胺使其高分子链在溶液中充分展开已形成可纺性良好的纺丝液；
[0009]2)在纺丝中滴加3?5滴电解质以改善纺丝液的电导率；
[0010]3)高压静电纺丝装置置于密闭体系中，预先以脱氧剂脱除系统中氧气至质量浓度小于1%并加热接收屏至550°C，将上述纺丝溶液加入到带纺丝头中，调节纺丝头距离接收屏10?15cm，施加电场电压至30?50千伏，开始纺丝，纺丝液在电场作用下劈裂成直径在纳米级的纤维并附着于接收屏上，纺丝液中的二氯甲烷迅速挥发，聚嗪酰胺在高温作用下逐渐脱水缩聚转化为氮化碳，并形成致密的纳米膜状结构；
[0011]4)纺丝10?15分钟后，以2?5°C /min的速率缓慢降低接收屏表面温度对氮化碳纤维退火处理，以避免纤维极冷收缩，待接收屏降至室温，可将纤维膜自接收屏表面剥离，即得氮化碳光催化活性纳米纤维膜。
[0012]通过第一技术方案，由于绝氧条件、原位合成和精确电纺控制条件的应用，可成功获得氮化碳光催化活性纳米纤维膜。
[0013]本发明的第二技术方案，在第一技术方案的基础上，在步骤I)中所述聚嗪酰胺为聚吡嗪酰胺、1，3，5_聚三嗪芳酰胺、聚苯并噁嗪之一种，优选1，3，5_聚三嗪芳酰胺；在配制纺丝液时的质量比为聚嗪酰胺:二氯甲烷=1: 5?1: 12，优选比例为1: 10。通过第二技术方案，由于采用非聚氰胺类的具有可纺性的氮化碳前驱体，使借助静电纺丝技术制备氮化碳纳米纤维得以实现。
[0014]本发明的第三技术方案氮化碳光催化活性纳米纤维膜的制备方法，在第一技术方案的基础上，进一步地，在步骤2)中所述电解质溶液为三氯乙酸、三氟乙酸、三氟丁酸之一种，通过第三技术方案，可提高纺丝溶液的电导率，改善其