一步溶剂法制备光催化性能优异的二氧化钛纤维、前驱体及纺丝溶液的方法_2

文档序号:9245172阅读:来源:国知局
的溶液,利用乙二胺盐酸盐、三乙醇胺盐酸盐和二乙醇胺盐等难溶于醇的特点,可将盐酸盐结晶通过抽滤的方式直接与前驱体溶液分离,直接浓缩得到前驱体粉体或纺丝溶液。
[0044]2、本发明优选的沉淀分离剂使得副产物盐酸盐不溶于醇。因而,可以用于消除四氯化钛的所有氯离子;并省略了使用如丙酮、四氢呋喃等分离溶剂,大幅度地降低了原料成本;减少了对设备的腐蚀和环境的污染。
[0045]3、本发明“一步溶剂法”,除了保持多步多种溶剂法制备前驱体或纺丝溶液的优点夕卜,还具有使工艺流程简化、成本降低、产率提高、质量优化和绿色环保等显著特征,同时所得纤维的光催化效果明显提高。
【附图说明】
[0046]图1为本发明实施例1中得到的二氧化钛前驱体纤维的照片。
[0047]图2为本发明实施例1中得到的二氧化钛纤维的照片。
[0048]图3为本发明实施例2中得到的二氧化钛纤维的SEM照片,放大倍率为500倍。
[0049]图4为本发明实施例2中得到的二氧化钛纤维截面的SEM照片,放大倍率为25000倍。
[0050]图5为本发明实施例2中得到的二氧化钛纤维的HR-TEM照片。
[0051]图6为本发明实施例2中不同二氧化钛纤维的光催化降解MO的降解速率曲线,其中:PET为以聚醋酸氧钛为配体的有机聚钛前驱体制备得到的二氧化钛纤维,PAT-2为以聚乙酰丙酮合钛为配体两步法制备的二氧化钛纤维,P25为市购二氧化钛,PAT-1为实施例2以聚乙酰丙酮合钛为配体一步法制备的二氧化钛纤维。
[0052]具体实施方法
[0053]下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明,但不限于此。
[0054]实施例中所用原料均为常规原料,所用设备均为常规设备,市购产品。
[0055]实施例1:
[0056]一步溶剂法制备二氧化钛纤维前驱体:
[0057]在10°C和搅拌条件下,将109ml乙酰丙酮溶于10ml乙醇的混合溶液和70ml乙二胺溶于400ml乙醇的混合溶液,先后滴加到85ml四氯化钛溶于45ml水和400ml乙醇的混合溶液中,充分反应5小时,得到聚乙酰丙酮合钛和乙二胺盐酸盐,抽滤除去乙二胺盐酸盐,得到乙二胺盐酸盐202g,得到聚乙酰丙酮合钛的乙醇溶液;将所得聚乙酰丙酮合钛的乙醇溶液在40°C进行减压蒸馏去除乙醇,得到黄色的前驱体聚乙酰丙酮合钛粉末108g。
[0058]一步溶剂法制备二氧化钛纤维前驱体纺丝溶液:
[0059]将上述得到的前驱体聚乙酰丙酮合钛粉末与甲醇按照100g:200ml的比例,配置溶液,在旋转蒸发仪中浓缩至粘度为1Pa.S,得到二氧化钛纤维前驱体纺丝溶液。
[0060]一步溶剂法制备二氧化钛纤维:
[0061]将上述得到的二氧化钛纤维前驱体纺丝溶液倒入甩丝盘中,在温度为25°C,相对湿度为35%,离心机转速为10000r/min的条件下,从孔径为0.3mm的用丝孔中高速用出,收集得到二氧化钛前驱体纤维。甩丝得到的二氧化钛前驱体纤维照片如图1所示,二氧化钛前驱体纤维外观为黄色。
[0062]将二氧化钛前驱体纤维在3个大气压和130°C条件下预解析处理0.5h ;自然冷却,然后放到水蒸汽炉内进行水蒸汽活化处理,各个阶段的升温速率分别为:25°C?100°C,升温速率为2 V /min ;100°C?300 °C,升温速率为1°C /min ;300°C?500 °C,升温速率为1.50C /min ;在500°C保温Ih ;关掉蒸汽,然后以3°C /min升温速率继续升温到800°C,保温2h,即得二氧化钛纤维。得到的二氧化钛纤维照片如图2所示,二氧化钛纤维外观为白色。
[0063]本实施例得到的二氧化钛纤维的晶型同时出现锐钛矿和金红石。
[0064]取50ml浓度为20mg/L的甲基橙(MO)溶液,放入10mg本实施例制得的二氧化钛纤维。先把溶液放在黑暗处30min以达到吸附平衡,然后在300W的汞灯下进行降解,在30min内对MO的降解率为92%。
[0065]实施例2:
[0066]一步溶剂法制备二氧化钛纤维前驱体纺丝溶液:
[0067]在5°C和搅拌条件下,将135ml乙酰丙酮溶于10ml乙醇的混合溶液和80ml乙二胺溶于400ml乙醇的混合溶液,先后滴加到85ml四氯化钛溶于45ml水和400ml乙醇的混合溶液中,充分反应5小时,得到聚乙酰丙酮合钛和乙二胺盐酸盐,抽滤除去乙二胺盐酸盐,得乙二胺盐酸盐200g,得到聚乙酰丙酮合钛的乙醇溶液;对得到的前驱体的乙醇溶液在旋转蒸发仪中直接浓缩至粘度为30Pa.s,得到二氧化钛纤维前驱体纺丝溶液。
[0068]一步溶剂法制备二氧化钛纤维:
[0069]将二氧化钛纤维前驱体纺丝溶液倒入甩丝盘中,在温度为20 °C,相对湿度为25%,离心机转速为20000r/min的条件下,从孔径为0.25mm的用丝孔中高速用出,收集得到二氧化钛前驱体纤维。将上述二氧化钛前驱体纤维在3个大气压和130°C条件下预解析处理Ih ;自然冷却,然后放到水蒸汽炉内进行水蒸汽活化处理,不同阶段的升温速率为:25°C ?100 °C,升温速率为 5 0C /min ; 100 °C~ 300 °C,升温速率为 0.5 °C /min ; 300 °C~500°C,升温速率为1.50C /min ;然后在500°C保温Ih ;关掉蒸汽,然后以5°C /min升温速率继续升温到700°C,保温2h,即得二氧化钛纤维。
[0070]本实施例得到的二氧化钛纤维,在500和25000放大倍率下的SEM照片分别如图3和图4所示,二氧化钛纤维的HR-TEM照片如图5所示。
[0071]本实施例得到的二氧化钛纤维的直径为2?5 μπι,比表面积为50?150m2/g,气孔体积为0.15?0.35cm3/g,晶粒的粒径为50?200nmo
[0072]以聚醋酸氧钛为配体的有机聚钛前驱体制备得到的二氧化钛纤维(记为PET,可按现有技术制备得到,参见专利:CN102286804A)、以聚乙酰丙酮合钛为配体两步法制备的二氧化钛纤维(记为PAT-2,可按现有技术制备得到,参见专利:CN1584156A)和市购二氧化钛P25为对比;与本实施例以聚乙酰丙酮合钛为配体一步法制备的二氧化钛纤维(记为PAT-1) 一同测试对MO的降解性能,步骤如下:
[0073]分别取四份50ml MO (20mg/L)溶液,分别放入 10mg PET、PAT_2、P25 和 PAT-1。先把溶液放在黑暗处30min以达到吸附平衡,然后在300W的汞灯辐射下进行降解,30min之后MO被降解完全,降解速率曲线如图6所示。
[0074]由图6可知,降解速率:ΡΑΤ-1>Ρ25>ΡΕΤ>ΡΑΤ-2,即本实施例制备的二氧化钛纤维的光催化性能优于聚醋酸氧钛为前驱体的二氧化钛纤维及聚乙酰丙酮合钛为前驱体的两步法制备的二氧化钛纤维和市购二氧化钛P25。
[0075]实施例3:
[0076]如实施例1所述,所不同的是将溶剂由乙醇换成异丙醇。减压浓缩后得到黄色的前驱体聚乙酰丙酮合钛粉末。将前驱体粉末与乙醇按照10g:400ml的比例配置前驱体的纺丝溶液。
[0077]制备得到的二氧化钛纤维在30min内对MO降解率达到90 %。测试方法,同实施例1
[0078]实施例4:
[0079]如实施例1所述,所不同的是将溶剂由乙醇换成甲醇和乙醇9:1体积比的混合溶剂。减压浓缩后得到黄色的前驱体聚乙酰丙酮合钛粉末。将前驱体粉末与甲醇按照10g:350ml的比例配置前驱体的纺丝溶液。
[0080]制备得到的二氧化钛纤维在30min内对MO降解率达到85 %。测试方法,同实施例1o
[0081]实施例5:
[0082]如实施例1所述,所不同的是将溶剂由乙醇换成甲醇和乙醇1:4体积比的混合溶剂。过滤得到的聚钛前驱体的溶液直接减压浓缩后得到黄色的纺丝液。粘度为25Pa.s。
[0083]制备得到的二氧化钛纤维在30min内对MO降解率达到92 %。测试方法,同实施例1o
[0084]实施例6:
[0085]如实施例1所述,所不同的是:在10°C和搅拌条件下,将109ml乙酰丙酮溶于10ml乙醇的混合溶液和234ml 二乙醇胺溶于300ml乙醇的混合溶液,先后滴加到85ml四氯化钛溶于45ml水和300ml乙醇的混合溶液中,充分反应5小时,得到聚乙酰丙酮合钛和二乙醇胺盐酸盐,抽滤除去二乙醇胺盐酸盐,得到聚乙酰丙酮合钛的乙醇溶液,将所得溶液在40°C进行减压浓缩回收乙醇,得到黄色的前驱体聚乙酰丙酮合钛105g ;抽滤除去的二乙醇胺盐酸盐530g。将前驱体粉末与甲醇按照100g:300ml的比例配置前驱体的纺丝溶液。
[0086]制得的二氧化钛纤维的直径为4-5 μ m,晶粒大小为100_200nm。
[0087]制得的在30min内对MO降解率达到90%。测试方法,同实施例1。
[0088]实施例
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