TiO2纳米复合纤维的离心纺成型制备及其催化降解染料应用研究

来源 :浙江理工大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:angelfang555
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当今,资源匮乏与环境破坏成为全球发展的重大难题。各国在发展生产过程中对资源与环境问题日益重视。在纺织品生产过程中,印染废水的排放对生态环境与人类健康造成严重危害。因此,对印染废水的处理已迫在眉睫。工业中常用的有物理法和生物法,物理法由于无法完全消除污染物而产生二次污染,生物法处理环境单一,周期长,与之相比,二氧化钛(TiO2)光催化技术通过氧化还原反应直接将污染物分解为H2O和CO2。但TiO2光催化剂也存在一定的局限,如易团聚,难回收,无法重复利用等。纳米纤维具有比表面积大、纤维长度长等结构特点而得到广泛应用。本课题通过离心纺丝方法制备具有光催化性能的TiO2纳米复合纤维,将其应用于印染废水的降解。首先,在离心纺丝系统中通过控制喷丝头和转速来控制单位时间内纺丝液射流,通过改变纺丝液浓度与溶剂比例来调控纺丝液,考察了纺丝液浓度、纺丝转速、喷丝孔孔径、溶剂比例等参数对纤维形貌结构的影响,通过SEM进行表征,探明了纺丝参数与纤维形貌结构之间的关系。结果表明:纤维的直径随着纺丝液浓度、喷丝孔径、丙酮含量的增大而增大,随着转速的增大而减小。通过改变纺丝参数能够简易调控纤维的形貌结构。最佳纺丝工艺:聚偏氟乙烯(PVDF)为10 wt.%,转速为12000 r/min,喷丝孔孔径为0.4 mm,接收距离为12 cm,在此离心纺丝条件成纤性好,制备出纤维各项性能优良。所制备纳米纤维有较好的疏水性能,水接触角可达130°。其次,为进一步增大纤维比表面积,通过改变纺丝液组成和纺丝工艺,制备纳米复合纤维。借鉴烂花印花原理,将制备的复合纤维进行醋酸处理来调控纤维形貌。考察了纺丝参数对复合纤维形貌的影响,对制备出的纳米复合纤维进行SEM、BET、XRD、FTIR等测试表征。实验结果表明:纺丝液浓度为10 wt.%(PVDF/CA=7:3),溶剂丙酮/二甲基亚砜(DMSO)为6:4,转速为12000 r/min,喷丝孔孔径为0.4 mm,接收距离为12 cm,制备的PVDF/CA在经过醋酸处理后,纤维表面及内部孔结构明显;所制备PVDF/CA纳米复合纤维相比PVDF纤维,纤维比表面积有较明显的提高。最后,基于纳米复合纤维的离心纺可控制备,通过混纺将纳米TiO2负载到纳米复合纤维上,将制备的TiO2纳米复合纤维用于光催化染料降解实验。考察了其对不同染料的光催化降解性能,测试了染料降解率。实验结果表明:在混纺过程中TiO2晶型未发生改变,纤维上负载大量TiO2。在降解实验中,同一条件下TiO2/PVDF/CA多孔纳米复合纤维对染料的降解率明显优于TiO2/PVDF纳米纤维对染料的降解率。TiO2/PVDF/CA多孔纳米复合纤维对不同浓度染料,不同种类染料均表现出较高的降解率,且TiO2/PVDF/CA多孔纳米复合纤维具有良好重复使用性,重复使用5次后其对亚甲基蓝染液的降解率仍保持在90%以上。
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