一种电纺制备光催化型ZnO/Ag复合纳米纤维的新方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及静电纺丝法制备ZnO/Ag复合纳米纤维，属材料合成与环境污染治理技术领域。
【背景技术】
[0002]ZnO为η型半导体，可作为光催化材料。与其他光催化材料相比，ZnO的明显优势在于其无毒，价廉和具有较高的光量子效率等。纳米ZnO在日光，尤其是紫外光照射下，可以在水和空气(氧气)中自行分解出自由移动的带负电的电子(e-)，同时留下带正电的空穴(h+ )。空穴可以激活空气中的氧使之变为具有极高化学活性的活性氧，其能与大多数有机物(包括细菌内的有机物)发生氧化反应，从而将有机物分解成无害的H2O和C02，因此纳米ZnO可应用于环境污染治理。但是由于其产生的光生电子和空穴易复合，导致ZnO光催化效率降低。将Ag与ZnO复合，Ag可作为电子受体，将ZnO产生的光生电子及时导走，从而降低其光生电子和空穴再次复合的几率，提高其光催化效率。静电纺丝是一种设备成本低廉、操作简单可控的纤维制备工艺技术，采用静电纺丝技术，可实现形貌均匀、长径比大、比表面积高的ZnO/Ag复合纳米纤维的低成本连续制备。
【发明内容】
[0003]本发明以聚乙烯吡咯烷酮K90 (PVP K90)为模板剂，N，N二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂，Zn(NO3)2.6H20，AgN03为原料，采用静电纺丝技术制备出光催化型ZnO/Ag复合纳米纤，实现了光催化型ZnO/Ag复合纳米纤维的低成本、连续制备，为将光催化技术应用于污水治理领域提供了一种有效的光催化剂。
[0004]本发明通过以下技术方案实现。
[0005](I)按质量比为 DMF:PVP K90: Zn(NO3)2.6H2O= 10:1:1，依次将 PVP K90、Zn(NO3)2.6Η20溶解于DMF中，然后向其中加入体积分数为I?4%，浓度为2mol.L—1的AgNO3溶液，得混合液A。
[0006](2)以A为纺丝溶液，在温度为30°C，湿度为20%的条件下，控制纺丝电压为29kV，接收距离为12cm，进料速率为Iml.h—I电纺制备前驱体纤维。
[0007](3)将前驱体纤维置于鼓风干燥箱中，80°C下干燥lh，再置于马弗炉中，以1°C.min-1的速率升温至500°C，保温4小时，随炉冷却至室温，得到ZnO/Ag复合纳米纤维。
【附图说明】
[0008]图1为实施实例I所制备的ZnO/Ag复合纳米纤维的扫描电子显微镜(SEM)照片。
[0009]图2为实施实例I所制备的ZnO/Ag复合纳米纤维的X-射线(XRD)图谱。
[0010]图3为以实施实例I所制备的ZnO/Ag复合纳米纤维为光催化剂，光强度为5.1mW.cm—2的高压汞灯为紫外光源降解甲基橙、亚甲基蓝和罗丹明B，其降解率随时间变化曲线。
[0011]图4为以实施实例I所制备的ZnO/Ag复合纳米纤维为光催化剂，光强度为0.5mW.cm—2的氙灯为模拟日光光源降解甲基橙，其降解率随时间变化曲线。
[0012]图5为实施实例2所制备的ZnO/Ag复合纳米纤维的扫描电子显微镜(SEM)照片。
[0013]以下结合实施实例进一步说明本发明，但并不作为本发明的限定。
[0014]实施实例I
[0015](I)依次将0.6g PVP K90、0.6g Zn(NO3)2.6H2O溶解于6g DMF中，其体积为6.2mL，再向其中加入134yL.^度为2mol.L—1的AgNO3溶液，得混合液A。
[0016](2)以A为纺丝溶液，在温度为30°C，湿度为20%的条件下，控制纺丝电压为29kV，接收距离为12cm，进料速率为Iml.h—I电纺制备前驱体纤维。
[0017](3)将前驱体纤维置于鼓风干燥箱中，80°C下干燥lh，再置于马弗炉中，以1°C.min-1的速率升温至500 °C，保温4小时，随炉冷却至室温，得到ZnO/Ag复合纳米纤维，其SEM照片见图1，XRD图谱见图2。
[0018](4)分别取1ml浓度为1mg.L—1的甲基橙溶液于4只反应管中，并分别向其中加入
IOmg所制备的ZnO/Ag复合纳米纤维作为催化剂，以光强度为5.1mW.cm-2的高压萊灯为紫外光源，光催化降解甲基橙，每间隔5min取出I只反应管，离心分离后测定上清液的吸光度，计算甲基橙的降解率，同法测定亚甲基蓝和罗丹明B溶液的降解率，其降解率随时间变化曲线见图3，20min时甲基橙、亚甲基蓝和罗丹明B的降解率分别达到100%、97%和95%。
[0019](5)按⑷所述方法，以所制备ZnO/Ag为光催化剂，光强度为0.5mW.cm—2的氙灯为模拟日光光源降解甲基橙，甲基橙降解率随时间变化曲线见图4，40min时基橙的解率达到92%。
[0020]实施实例2
[0021](I)依次将6g PVP K90、6g Zn(NO3)2.6H2O溶解于60g DMF中，其体积为62mL，再向其中加入753μΙ^?度为2mol.L—1的AgNO3溶液，得混合液A。
[0022](2)以A为纺丝溶液，在温度为30°C，湿度为20%的条件下，控制纺丝电压为29kV，接收距离为12cm，进料速率为Iml.h—I电纺制备前驱体纤维。
[0023](3)将前驱体纤维置于鼓风干燥箱中，80°C下干燥lh，再置于马弗炉中，以1°C.min-1的速率升温至500 °C，保温4小时，随炉冷却至室温，得到ZnO/Ag复合纳米纤维，其SEM照片见图5。
[0024](4)按实施实例I步骤(4)所述，以所制备的ZnO/Ag为光催化剂，光强度为5.1mW.cm2的高压汞灯为光源，分别降解甲基橙、亚甲基蓝和罗丹明B溶液20min，甲基橙、亚甲基蓝和罗丹明B的降解率分别为100%、92%和87%。
【主权项】
1.一种电纺制备光催化型ZnO/Ag复合纳米纤维的新方法，其特征在于以N，N二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂，聚乙烯吡咯烷酮K90(PVP K90)为模板剂，Zn(NO3)2.6H20及AgNO3为原料，按如下步骤进行制备过程: (1)依次将PVPK90,Zn(NO3)2.6H20溶解于DMF中，然后向其中加入一定体积浓度为2moI.L—1的AgNO3溶液，得混合液A。 (2)以A为纺丝溶液，电纺制备前驱体纤维。 (3)将前驱体纤维置于鼓风干燥箱中，80°C下干燥lh，再置于马弗炉中煅烧，得到ZnO/Ag复合纳米纤维。2.根据权利要求1所述的电纺制备光催化型ZnO/Ag复合纳米纤维的新方法，其特征在于步骤(I)所配制的纺丝液A中各原料的质量比为DMF:PVP K90:Zn(N03)2.6H20=10:1:1,2mol.IZ1AgNO3溶液的体积分数为I?4%。3.根据权利要求1所述的电纺制备光催化型ZnO/Ag复合纳米纤维的新方法，其特征在于步骤(2)中电纺制备前驱体纤维的条件是温度为30°C，湿度为20%，纺丝电压为29kV，接收距离为12cm，进料速率为Iml.h—1O4.根据权利要求1所述的电纺制备光催化型ZnO/Ag复合纳米纤维的新方法，其特征在于步骤(3)中煅烧前驱体纤维制备光催化型ZnO/Ag复合纳米纤维的条件是升温速率为I0C.min—S煅烧温度为500°C，保温时间为4小时，冷却方式为随炉冷却至室温。5.根据权利要求1所述的电纺制备光催化型ZnO/Ag复合纳米纤维的新方法，其特征在于所制备的ZnO/Ag复合纳米纤维直径为150?200nm，由10?30nm的颗粒组成，形貌均勾，以其为光催化剂，在紫外及模拟日光照射下均可有效降解甲基橙、罗丹明B、亚甲基蓝等有机染料。
【专利摘要】本发明公开了一种电纺制备光催化型ZnO/Ag复合纳米纤维的新方法，属于材料合成及环境污染治理技术领域。其主要步骤为：(1)以N,N二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂，聚乙烯吡咯烷酮K90(PVP？K90)为模板剂，Zn(NO3)2·6H2O及AgNO3为原料配制纺丝液；(2)电纺制备ZnO/Ag前驱体纤维；(3)煅烧前驱体纤维制备ZnO/Ag复合纳米纤维。本发明设备简单，原料易得，操作可控，能够实现光催化型ZnO/Ag复合纳米纤维的低成本连续制备。所制备的ZnO/Ag复合纳米纤维由小颗粒组成，表面粗糙，形貌均匀，长径比大，具有优异的光催化性能。以其为光催化剂，在紫外光和模拟日光照射下，可高效降解甲基橙、亚甲基蓝、罗丹明B等有机染料。
【IPC分类】D01F9/10, D01D5/00, D01F9/08
【公开号】CN105586663
【申请号】CN201610068643
【发明人】李镇江, 张运博, 张猛, 孟阿兰
【申请人】青岛科技大学
【公开日】2016年5月18日
【申请日】2016年1月31日