静电纺丝法构筑TiO 2 /PVP杂化纤维材料及性能研究
发布时间：2021-07-16 21:18
静电纺丝是一种聚合物溶液或熔体借助于外加的电场力的作用进行喷射拉伸而获得纳米级的纤维的一种纺丝方法,是目前制备纳米纤维最具有发展前景的方法之一。静电纺纳米纤维具有极大的比表面积,在成型的纤维网毡上具有很多微孔,因此它具有很强的吸附力以及良好的过滤性、阻隔性、粘合性和保温性等特点。静电纺丝纳米纤维可应用于增强复合材料、生物应用、纳米电子器件等不同的领域。利用静电纺丝制备纳米纤维膜作为新型生产光催化材料的技术,已成为近年来研究的热点。该技术已广泛应用于生物医药、过滤材料和光催化等方面。二氧化钛（TiO2）是一种重要的无机化工产品,除了光催化效率高的特性外,纳米TiO2纤维具有无毒性、无二次污染、耐酸碱性、回收利用率高、可重复利用和节能等优点。在废气处理、废水处理、降解水污染物等方面也有广阔的应用前景。因而本文进行了纳米TiO2杂化纤维及其改性对光催化性能影响的探索。采取静电纺丝法制备TiO2/PVP杂化纤维膜,对纤维膜进行煅烧制备TiO2无机纳米纤维,并在不同的PVP浓度和纺丝电压...
【文章来源】：郑州大学河南省 211工程院校
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Reneker等人早期制备的静电纺纳米纤维
1绪论3步的轴向拉伸，电场力大于界面张力形成射流，射流分裂为多股射流而出；第三阶段是射流形成纤维的过程。纤维材料通过溶剂的挥发或熔体的固化得到[20-22]。作为一维纳米纤维材料的典型代表之一，该方法得到的纳米纤维材料具备两大主要特点：超大型纤维的长径比（>1000）和超细纤维的直径（几纳米到几微米），如图1.2。而传统的纺纱技术（如湿纺、干纺、熔融纺等），一般直径范围高于5微米，很少纳米级的纤维的出现。由此，作为一种制备纳米纤维的新技术，静电纺丝可以直接、连续地生产出超大长径比和超细直径的纤维。它在微纳米材料、比表面改性等方面均有广泛的应用。静电纺丝法是在高压电场中使高分子溶液带上高压的静电，位于喷嘴前端的溶液在静电力的作用下相互排斥形成泰勒锥。电荷的排斥力随电压增大逐渐增强，当排斥力超过表面张力时，液体便从泰勒锥的前端直接喷射出去。因为喷出的溶液流仍处在高压电场中，随着喷射细流的变细，前端细流所受电场力变大，喷射细流在加速运动中进一步得到拉伸。在喷射过程中，溶液细流中的溶剂挥发随之固化，就在捕集电极即接收装置上形成纤维毡，该纤维毡由纳米级纤维丝组成。图1.2静电纺丝装置示意图1.2.3静电纺丝技术的影响因素作为一种高效、快速、可连续化生产的纳米纤维制备方法，影响静电纺丝纳米纤维形貌与结构的因素有外因和内因[23-26]：外因包括环境参数、电压大孝可接受距离长短、熔体或溶液的流速等；内因包括溶液或熔体的粘度、溶剂种类，还有导电性能等。(1)外因环境对静电纺丝及纳米纤维形貌影响表现在两方面，湿度和温度。Pelipenkko等[12]研究发现当环境中的相对湿度从4%增加到60%时，PVA（聚乙烯醇）静电纺丝纳
1绪论6图1.3二氧化钛金红石相（a）和锐钛矿相（b）板钛矿相（c）的晶胞结构图1.4金红石、锐钛矿和板钛矿的Ti-O6八面体结构图1.5钛氧八面体结构a-锐钛矿相和b-金红石相二氧化钛被越来越多的人所关注和研究，具有广阔的发展前景和应用潜力。由于它具有较强的表面效应、体积效应、量子效应和宏观量子隧道效应，在声、光、电、磁、热等许多方面具有非常独特的性能。二氧化钛是一种金属氧化物，常温下化学稳定性好。在紫外光及可见光的照射下，锐钛矿型二氧化钛的光催化能力大于金红石型的催化能力。锐钛矿型二氧化钛的带宽大于金红石型的带宽，空穴的数量增加，氧化能力提高；另一方面，金红石型比锐钛矿型的晶型更加的稳定，晶体结构较为完整，氧的空位较小，所以电子-空穴对减小，催化能力降低。
【参考文献】：
期刊论文
[1]MoS2负载量对MoS2/TiO2光催化降解苯酚效率的影响及其作用机理研究[J]. 王芳,王雪芹,程凯,王俊磊,宋华. 燃料化学学报. 2017(08)
[2]二氧化钛的结构和光催化机理研究[J]. 张文韬,殷彤蛟,田鹏. 山东化工. 2017(05)
[3]CNTs/La3+掺杂TiO2纳米纤维对Cr（Ⅵ）的催化性能研究[J]. 王芳芳,郝露,徐山青,葛明桥. 纺织导报. 2015(12)
[4]TiO2纳米纤维的静电纺丝法制备及其应用[J]. 周雪莉,应宗荣,何谦,蒋克望. 硅酸盐通报. 2015(05)
[5]磁场辅助静电纺丝PVP有序纳米纤维的制备[J]. 高艳芳,韩瑞,林也平,张梦赟,苗瑞珍,刘亚青. 合成纤维工业. 2014(02)
[6]XRD在无机合成中物相分析的应用[J]. 徐玉林,徐明波,杨水金. 湖北师范学院学报(自然科学版). 2013(04)
[7]静电纺丝纳米纤维在过滤材料中的应用研究进展[J]. 高阳,蔡志江. 高分子通报. 2013(12)
[8]TiO2光催化降解亚甲基蓝机理的研究[J]. 章丹,徐斌,朱培娟,连正豪,赵雅萍. 华东师范大学学报(自然科学版). 2013(05)
[9]静电纺丝技术制备无机纳米纤维材料的应用[J]. 乜广弟,力尚昆,卢晓峰,王策. 高等学校化学学报. 2013(01)
[10]二氧化钛颗粒表面的光催化反应过程[J]. 韦冰心,王亭杰,赵琳,陈林,金涌. 石油化工. 2012(02)
硕士论文
[1]改性二氧化钛光催化剂的制备及性能研究[D]. 邓燕.重庆师范大学 2017
[2]静电纺丝制备TiO2中空纳米纤维的光催化性能研究[D]. 杨自玲.兰州大学 2017
[3]二硫化钼复合催化剂的制备及其性能的研究[D]. 徐飘飘.华中农业大学 2015
[4]磁场辅助静电纺丝制备PVP有序纳米纤维的研究[D]. 高艳芳.中北大学 2014
[5]静电纺丝法制备MoS2纳米纤维及其表征[D]. 刘莎莎.合肥工业大学 2012
本文编号：3287784
【文章来源】：郑州大学河南省 211工程院校
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Reneker等人早期制备的静电纺纳米纤维
1绪论3步的轴向拉伸，电场力大于界面张力形成射流，射流分裂为多股射流而出；第三阶段是射流形成纤维的过程。纤维材料通过溶剂的挥发或熔体的固化得到[20-22]。作为一维纳米纤维材料的典型代表之一，该方法得到的纳米纤维材料具备两大主要特点：超大型纤维的长径比（>1000）和超细纤维的直径（几纳米到几微米），如图1.2。而传统的纺纱技术（如湿纺、干纺、熔融纺等），一般直径范围高于5微米，很少纳米级的纤维的出现。由此，作为一种制备纳米纤维的新技术，静电纺丝可以直接、连续地生产出超大长径比和超细直径的纤维。它在微纳米材料、比表面改性等方面均有广泛的应用。静电纺丝法是在高压电场中使高分子溶液带上高压的静电，位于喷嘴前端的溶液在静电力的作用下相互排斥形成泰勒锥。电荷的排斥力随电压增大逐渐增强，当排斥力超过表面张力时，液体便从泰勒锥的前端直接喷射出去。因为喷出的溶液流仍处在高压电场中，随着喷射细流的变细，前端细流所受电场力变大，喷射细流在加速运动中进一步得到拉伸。在喷射过程中，溶液细流中的溶剂挥发随之固化，就在捕集电极即接收装置上形成纤维毡，该纤维毡由纳米级纤维丝组成。图1.2静电纺丝装置示意图1.2.3静电纺丝技术的影响因素作为一种高效、快速、可连续化生产的纳米纤维制备方法，影响静电纺丝纳米纤维形貌与结构的因素有外因和内因[23-26]：外因包括环境参数、电压大孝可接受距离长短、熔体或溶液的流速等；内因包括溶液或熔体的粘度、溶剂种类，还有导电性能等。(1)外因环境对静电纺丝及纳米纤维形貌影响表现在两方面，湿度和温度。Pelipenkko等[12]研究发现当环境中的相对湿度从4%增加到60%时，PVA（聚乙烯醇）静电纺丝纳
1绪论6图1.3二氧化钛金红石相（a）和锐钛矿相（b）板钛矿相（c）的晶胞结构图1.4金红石、锐钛矿和板钛矿的Ti-O6八面体结构图1.5钛氧八面体结构a-锐钛矿相和b-金红石相二氧化钛被越来越多的人所关注和研究，具有广阔的发展前景和应用潜力。由于它具有较强的表面效应、体积效应、量子效应和宏观量子隧道效应，在声、光、电、磁、热等许多方面具有非常独特的性能。二氧化钛是一种金属氧化物，常温下化学稳定性好。在紫外光及可见光的照射下，锐钛矿型二氧化钛的光催化能力大于金红石型的催化能力。锐钛矿型二氧化钛的带宽大于金红石型的带宽，空穴的数量增加，氧化能力提高；另一方面，金红石型比锐钛矿型的晶型更加的稳定，晶体结构较为完整，氧的空位较小，所以电子-空穴对减小，催化能力降低。
【参考文献】：
期刊论文
[1]MoS2负载量对MoS2/TiO2光催化降解苯酚效率的影响及其作用机理研究[J]. 王芳,王雪芹,程凯,王俊磊,宋华. 燃料化学学报. 2017(08)
[2]二氧化钛的结构和光催化机理研究[J]. 张文韬,殷彤蛟,田鹏. 山东化工. 2017(05)
[3]CNTs/La3+掺杂TiO2纳米纤维对Cr（Ⅵ）的催化性能研究[J]. 王芳芳,郝露,徐山青,葛明桥. 纺织导报. 2015(12)
[4]TiO2纳米纤维的静电纺丝法制备及其应用[J]. 周雪莉,应宗荣,何谦,蒋克望. 硅酸盐通报. 2015(05)
[5]磁场辅助静电纺丝PVP有序纳米纤维的制备[J]. 高艳芳,韩瑞,林也平,张梦赟,苗瑞珍,刘亚青. 合成纤维工业. 2014(02)
[6]XRD在无机合成中物相分析的应用[J]. 徐玉林,徐明波,杨水金. 湖北师范学院学报(自然科学版). 2013(04)
[7]静电纺丝纳米纤维在过滤材料中的应用研究进展[J]. 高阳,蔡志江. 高分子通报. 2013(12)
[8]TiO2光催化降解亚甲基蓝机理的研究[J]. 章丹,徐斌,朱培娟,连正豪,赵雅萍. 华东师范大学学报(自然科学版). 2013(05)
[9]静电纺丝技术制备无机纳米纤维材料的应用[J]. 乜广弟,力尚昆,卢晓峰,王策. 高等学校化学学报. 2013(01)
[10]二氧化钛颗粒表面的光催化反应过程[J]. 韦冰心,王亭杰,赵琳,陈林,金涌. 石油化工. 2012(02)
硕士论文
[1]改性二氧化钛光催化剂的制备及性能研究[D]. 邓燕.重庆师范大学 2017
[2]静电纺丝制备TiO2中空纳米纤维的光催化性能研究[D]. 杨自玲.兰州大学 2017
[3]二硫化钼复合催化剂的制备及其性能的研究[D]. 徐飘飘.华中农业大学 2015
[4]磁场辅助静电纺丝制备PVP有序纳米纤维的研究[D]. 高艳芳.中北大学 2014
[5]静电纺丝法制备MoS2纳米纤维及其表征[D]. 刘莎莎.合肥工业大学 2012
本文编号：3287784
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