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        同軸靜電紡絲技術(shù)制備PVA@TiO2納米纖維及光催化性能研究

        2014-05-25 00:35:49王路峰吳亞舟
        關(guān)鍵詞:羅丹明同軸光催化劑

        劉 波,王路峰,吳亞舟,王 晟,王 騊

        (浙江理工大學(xué)先進(jìn)紡織材料與制備技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,杭州310018)

        同軸靜電紡絲技術(shù)制備PVA@TiO2納米纖維及光催化性能研究

        劉 波,王路峰,吳亞舟,王 晟,王 騊

        (浙江理工大學(xué)先進(jìn)紡織材料與制備技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,杭州310018)

        采用同軸靜電紡絲技術(shù),以二氧化鈦(TiO2)水溶液為殼層、聚乙烯醇(PVA)水溶液為芯層進(jìn)行同軸靜電紡絲,成功制備出了PVA@TiO2納米纖維光催化材料。通過熱重-差熱分析(TG-DTA)、X射線衍射、掃描電鏡對樣品進(jìn)行了表征。結(jié)果顯示:TiO2納米粒子的負(fù)載量高達(dá)91%,是同類方法的2倍之多,同時具有良好的負(fù)載牢固的性能;研究了其在紫外光照射下光催化降解羅丹明B的能力,實(shí)驗(yàn)表明,20 mL的1×10-5mol/L羅丹明B溶液在10 min內(nèi)完全降解。

        同軸靜電紡絲;二氧化鈦;聚乙烯醇;光催化

        0 引 言

        TiO2作為一種性能優(yōu)良,用途廣泛的半導(dǎo)體材料,不僅具有很寬的價帶能級和光催化活性,而且擁有無毒、性質(zhì)穩(wěn)定、抗腐蝕和價格低廉等突出優(yōu)點(diǎn),成為目前研究最熱和最具有發(fā)展?jié)摿Φ墓獯呋瘎?,在污水處理、空氣凈化、石油污染物的清理、抗菌、農(nóng)藥降解等方面均得到了廣泛的應(yīng)用[1-3]。例如,楊輝等[4]用酞菁敏化TiO2使之對羅丹明B有較高的催化活性;Ikeda等[5]通過對TiO2顆粒表面進(jìn)行不對稱的烷基化改性,制備了一種能聚集在液-液兩相界面的光催化劑,在紫外光照射下,不需要攪拌就可以對苯進(jìn)行催化氧化。但由于目前在實(shí)際應(yīng)用中的二氧化鈦催化劑都是粉體微粒催化劑,因此存在光吸收效率低,在懸浮體系中難以分離回收,容易凝聚,氣-固體系中催化劑易被氣流帶走等缺點(diǎn),在實(shí)際污染治理時會造成嚴(yán)重的二次污染。這些問題使二氧化鈦光催化劑在產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展上受到限制[1,6]。

        固定催化劑的負(fù)載化技術(shù)是解決這一難題的有效途徑[7],也是調(diào)變活性組分和催化體系設(shè)計(jì)的理想形式[8]。負(fù)載型催化模式既能夠很好地解決分離回收的問題,又可以利用載體將光催化劑固定,很好地達(dá)到防止催化劑的流失,同時便于分離和回收的作用。因此,目前一般都是制備負(fù)載化的二氧化鈦光催化劑,光催化劑在載體上的負(fù)載方法主要有靜電紡絲法、氣相法、溶膠-凝膠法(Sol-gel)、粉體燒結(jié)法、偶聯(lián)黏結(jié)法、離子交換法、液相沉積法、水解沉積法、摻雜法、直接浸涂熱分解法和交聯(lián)法等,其中,同軸靜電紡絲法[9]是近年來興起的一種制備光催化劑負(fù)載的新技術(shù),由于其條件溫和、易于操作、成本低,所以成為大家研究的熱點(diǎn)[10]。但是,同軸靜電紡絲法制備出的光催化劑載體也存在著嚴(yán)重的不足,主要表現(xiàn)在以下兩個方面:一,光催化劑的負(fù)載量比較低,不利于光催化反應(yīng)的提高[11];二,光催化劑與載體結(jié)合的牢固性不強(qiáng)[12],容易脫落,不利于回收和重復(fù)利用。這些缺點(diǎn)和不足嚴(yán)重影響了同軸靜電紡絲法在制備光催化劑載體方面的發(fā)展。

        基于同軸靜電紡絲法制備光催化載體的研究現(xiàn)狀,經(jīng)過大量的研究,本文利用同軸靜電紡絲的方法來制備具有高負(fù)載量的TiO2包覆聚乙烯醇(PVA @TiO2)纖維膜,主要是由于PVA纖維表面不僅具有高的孔隙率,而且,表面粗糙度也非常大,所以能夠把TiO2納米粒子大量地吸附在它的表面,實(shí)現(xiàn)了TiO2納米粒子的高負(fù)載量。同時,由于吸附作用的存在,TiO2納米粒子會牢固地鑲嵌在PVA納米纖維上,可解決光催化劑負(fù)載的牢固性問題。最后進(jìn)一步研究PVA@TiO2納米纖維膜作為光催化劑對羅丹明B的光催化降解能力。

        1 實(shí)驗(yàn)部分

        1.1 實(shí)驗(yàn)試劑

        二氧化鈦(TiO2,德國Degussa公司,商品名稱P25);無水乙醇(CH3CH2OH,分析純,杭州三鷹化學(xué)試劑有限公司);羅丹明B(工業(yè)用,東京化成工業(yè)株式會社);聚乙烯醇(PVA,分析純,Mo=70 000,國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司);去離子水。

        1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

        電熱鼓風(fēng)干燥箱(DHP9140A型,必能信上海有限責(zé)任公司);高壓電(SPF-50美國Glass-man);微量注射泵(浙江斯密斯醫(yī)學(xué)儀器有限公司);XPA-2光化學(xué)反應(yīng)儀(南京胥江機(jī)電廠)。

        1.3 PVA@TiO2高活性納米纖維光催化劑的制備1.3.1 紡絲液的制備

        在室溫下,分別稱取質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%、6%、8%和10%的聚乙烯醇并分別加入到10 mL蒸餾水中,磁力攪拌24 h使PVA充分溶脹,然后在90℃油浴鍋中持續(xù)加熱2 h,待溶液澄清透明后停止加熱,緩慢冷卻至室溫備用。稱取一定質(zhì)量的TiO2納米粒子,加入到10 mL蒸餾水中,超聲3 h,然后磁力攪拌2 h備用。

        1.3.2 PVA@TiO2納米纖維光催化劑的制備

        實(shí)驗(yàn)所用同軸紡絲針頭的具體尺寸為芯層針頭直徑D=0.6 mm,殼層針頭直徑D=1.2 mm。以TiO2納米粒子的水溶液為殼層溶液,聚乙烯醇水溶液為芯層溶液,按照以下參數(shù)進(jìn)行紡絲:芯層流速與殼層流速比為1∶2;紡絲電壓為21 k V;針頭與接收屏間的距離為15 cm。

        1.4 測試與表征

        熱重(TG)分析采用Pyrisl熱重分析儀,空氣氣氛,升溫速率為10℃/min;XRD分析采用ARL2XTRA型X射線衍射儀進(jìn)行測試,掃描速度5°/min;纖維膜形貌分析采用日立S-4800場發(fā)射掃描電鏡(FE-SEM);采用日立公司U-3010型紫外一可見分光光度儀對目標(biāo)物染料降解前后的UV-vis光譜曲線進(jìn)行測試。

        1.5 光催化性能的表征

        取90 mg TiO2@PVA復(fù)合納米纖維膜,裁剪成1 cm×1 cm的正方形碎片,加入到裝有20 m L的1×10-5mol/L的羅丹明B溶液的試管中,在XPA-2光化學(xué)反應(yīng)儀中進(jìn)行光催化實(shí)驗(yàn)。光源為500 W高壓汞燈,照射時樣品臺與高壓汞燈垂直距離保持為30 cm,間隔相同的時間,取試管中溶液進(jìn)行紫外-可見光譜測試。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 FE-SEM分析

        聚乙烯醇(PVA)是一種用途相當(dāng)廣泛的水溶性高分子有機(jī)聚合物,性能介于塑料和橡膠之間,可分為纖維和非纖維兩大用途,不僅擁有良好的水溶性、機(jī)械強(qiáng)度、耐酸堿性能,而且溶于熱水后無色無味、生物可降解。這樣可以避免配制紡絲液時使用有毒的有機(jī)溶劑。同時PVA本身是良好的粘結(jié)劑,有利于TiO2光催化劑的包覆和固定。

        在靜電紡絲過程中,影響纖維形貌的因素主要有,紡絲電壓、推進(jìn)速度、接受距離、紡絲液濃度等,其中紡絲液的濃度對纖維形貌的影響最為顯著,圖1中(a)~(d)是不同濃度PVA溶液靜電紡絲得到的納米纖維的FE-SEM照片。從圖1可以明顯地看到,質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%的PVA溶液靜電紡絲得到的纖維上出現(xiàn)大量的珠結(jié),而且纖維的尺寸也非常小,這主要因?yàn)镻VA溶液濃度比較低,導(dǎo)致聚合物分子間的纏結(jié)力非常小,不能形成穩(wěn)定的射流,于是在紡絲過程中就出現(xiàn)了大量的珠結(jié);隨著PVA質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加,聚合物分子纏結(jié)力的增加,6% PVA溶液靜電紡絲得到的纖維上存在少量的珠結(jié);8%PVA溶液便得到了表面光滑,直徑均一的纖維;當(dāng)濃度繼續(xù)增加達(dá)到10%時,纖維中有明顯的液滴,不利于靜電紡的進(jìn)行。因此本實(shí)驗(yàn)選用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%的PVA溶液作為內(nèi)層溶液來進(jìn)行同軸靜電紡絲制備高活性PVA@TiO2納米纖維光催化劑。

        圖1 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的PVA溶液靜電紡絲制備的PVA納米纖維的FE-SEM圖

        圖2中(a)~(d)是同軸靜電紡絲制備PVA@ TiO2納米纖維的FE-SEM圖。其中,殼層溶液分別10%、30%、40%、50%TiO2納米粒子的水溶液,芯層為8%的PVA溶液。圖2可以清楚地看到,TiO2納米粒子能夠牢固地包覆在PVA纖維的外表面,隨著TiO2納米粒子濃度的增加,大量的TiO2粒子包覆在PVA纖維上,當(dāng)TiO2納米粒子濃度達(dá)到50%時,PVA纖維已經(jīng)被TiO2納米粒子完全包覆,此外還可以看到,PVA纖維的周圍也存在許多多余的TiO2納米粒子,表明進(jìn)行包覆的TiO2納米粒子已經(jīng)過量。所以40%的TiO2納米粒子溶液是最佳的包覆濃度。包覆在表面的TiO2納米粒子被牢固地粘結(jié)在PVA纖維的表面,同時又保留了自己的光催化活性,因此具有廣闊的應(yīng)用前景。

        圖2 同軸靜電紡絲制備PVA@TiO2納米纖維的FE-SEM圖

        2.2 TG分析

        圖3是同軸PVA@TiO2納米纖維熱分析曲線,在室溫下開始加熱,在0~150℃的區(qū)間內(nèi),90℃左右有一個很強(qiáng)的吸熱峰,對應(yīng)TG曲線上有一個失重臺階,質(zhì)量損失約為2.9%,主要是纖維中水分的揮發(fā)產(chǎn)生的;在200~300℃區(qū)間內(nèi),有一個較大的失重臺階和吸熱峰,主要是PVA纖維的迅速分解,主要包括羥基縮合脫水過程,C-O的斷裂和C-C主鏈斷裂三個過程,導(dǎo)致質(zhì)量的大量損失;在550℃之后TG曲線基本趨向平穩(wěn),說明PVA纖維已經(jīng)完全分解揮發(fā),此時,樣品為純凈的TiO2納米粒子,不會再有質(zhì)量損失,從而可以得到包覆的TiO2納米粒子的占有率為91%,是同類文獻(xiàn)中負(fù)載量的2倍[13]。說明了TiO2納米粒子的高負(fù)載量。

        圖3 同軸PVA@TiO2納米纖維熱分析曲線

        2.3 XRD分析

        圖4 同軸PVA@TiO2納米纖維的XRD圖

        圖4為同軸PVA@TiO2納米纖維的XRD圖。本實(shí)驗(yàn)所用的TiO2納米粒子是由銳鈦礦相二氧化鈦和金紅石相二氧化鈦兩種晶型構(gòu)成,其中銳鈦礦相約為75%,金紅石相約為25%。由圖4可見,在2θ=25.3、37.7、48.1°處的衍射峰與銳鈦礦TiO2(101)、(004)、(200)晶面衍射基本相一致。而在2θ =27.54、36.06、54.26°處的衍射峰與金紅石TiO2(110)、(101)、(211)晶面衍射基本相一致。只是角度發(fā)生了略微的偏移。這可能是由于在同軸靜電紡絲過程中溶劑揮發(fā)過快,PVA分子來不及做規(guī)整的排列形成結(jié)晶,所以這種無定型的PVA纖維會在TiO2納米粒子衍射峰的位置產(chǎn)生干擾。因此可以說明在靜電紡絲過程,TiO2納米粒子的晶型沒有發(fā)生變化。

        2.5 光催化性能研究

        以PVA@TiO2納米纖維膜作為光催化劑,通過光催化降解羅丹明B來研究其光催化能力。稱取質(zhì)量相同的PVA@TiO2納米纖維膜剪成1 cm× 1 cm的碎片,放入盛有20 mL羅丹明B溶液(1× 10-5mol/L)的試管中。用500 W汞燈對其進(jìn)行照射,每隔10 min取出試管,進(jìn)行紫外-可見光測試,檢測染料溶液的濃度變化。從圖5中可以看出,經(jīng)過10 min的紫外光照射,羅丹明B溶液已經(jīng)得到大部分的降解,50 min后,羅丹明溶液被完全降解,溶液完全透明。并且反應(yīng)完畢后,溶液十分的清澈,說明沒有TiO2納米粒子從載體上脫落,起到了PVA納米纖維載體對TiO2納米粒子的固定作用。這為以后進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。

        圖5 同軸PVA@TiO2納米纖維膜光催化降解羅丹明B溶液紫外-可見光測試曲線

        3 結(jié) 論

        通過同軸靜電紡絲技術(shù)成功制備了高活性PVA@TiO2納米纖維膜,使TiO2納米粒子大量地包覆在PVA纖維表面,通過熱重-差熱分析、X射線衍射、掃描電鏡對樣品進(jìn)行了表征。并通過光催化降解羅丹明B來研究其光催化性能,結(jié)果表明:PVA@TiO2納米纖維膜既具有高的負(fù)載量,又具有良好的牢固性能,不僅實(shí)現(xiàn)了TiO2納米粒子的高催化活性,而且解決了催化劑的難回收問題。為二氧化鈦光催化劑工業(yè)化應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。

        參考文獻(xiàn):

        [1]Wang Z Y,Zhang F B,Zhang Q C.Development of supported TiO2photocatalysts[J].Chem Ind Eng Prog,2004,21(4):248-253.

        [2]Moon J,Yun C Y,Chung K W,et al.Photocatalytic activation of TiO2under visible light using Acid Red 44[J].Catal Today,2003,87(2):77-86.

        [3]Tavares C J,Marques S M,Viseu T,et al.Enhancement in the Photocatalytic nature of nitrogen-doped PVD-grown titanium dioxide thin films[J].J Appl Phys,2009,106(11):113535.

        [4]楊 輝,申乾宏,高基偉.酞菁敏化混晶TiO2薄膜的低溫制備及其對羅丹明B的催化降解[J].催化學(xué)報(bào),2007,28(12):1072-1076.

        [5]Ikeda S,Kowata Y,Ikeue K,et al.Asyrmnetrically modified titanium(IV)oxide particles having bothhydrophobic and hydrophilic parts of their surfaces for liquidliquid dual-phase photocatalytie reactions[J].Appl Catal A:General,2004,265:69-74.

        [6]Rachel A,Subrahmanyam M,Boule P.Comparison of photocatalytic effieieneies of TiO2in suspended and immobilized form for the photocatalytic degradation of nitrobenzenesulfonic acids[J].Appl Catalysis B:Environmental,2002,37(4):301-308.

        [7]Kaariainen M L,Kaariainen T O,Cameron DC.Titanium dioxide thin films,their structure and its effect on their photoactivity and photoeatalytic properties[J]. Thin Solid Films,2009,517(24):6666-6670.

        [8]Lopez A,Acosta D,Martinez A I,et al.Nanostructured low crystallized titanium dioxide thin films with good photocatalytic activity[J].Powder Technol,2010,202(1):111-117.

        [9]李山山,何素文,胡祖明.靜電紡絲的研究進(jìn)展[J].合成纖維工業(yè),2009,32(4):44-48.

        [10]Hou X G,Gu X N,Hu Y,et al.Enhanced Pt/TiO2thin films prepared by electron beam irradiation[J]. Nucl Instrum Methods Phys Res:Sect B,2006,251(2):429-434.

        [11]Zhu Y,Zhang L,Wang L,et al.The preparation and chemical structure of TiO2film photocatalysts supported on stainless steel substrates via the sol-gel method[J].J Mater Chem,2001,11:1864-1868.

        [12]Tran T H,Nosaka A Y,Nosaka Y.Adsorption and decomposition of a dipeptide(Ala-Trp)in TiO2photocatalytic systems[J].J Photoch Photobio A,2007,192(2):105-113.

        [13]丁源維,王 騊,姚菊明,等.靜電紡制備TiO2/PVA復(fù)合納米纖維及其光催化性能研究[J].浙江理工大學(xué)學(xué)報(bào),2013,30(1):30-35.

        Preparation of PVA@TiO2Nanofiber by CoaxiaI EIectrospinning Technique and Study of Its PhotocataIytic Performance

        LIU Bo,WANG Lu-feng,WU Ya-zhou,WANG Sheng,WANG Tao
        (Key Laboratory of Advanced Textile Materials and Manufacturing Technology,Ministry of Education,Zhejiang Sci-Tech University,Hangzhou 310018,China)

        The PVA@TiO2nanofiber photocatalytic materials are successfully prepared by coaxial electrospinning technique with TiO2aqueous solution as the shell layer,and polyvinyl alcohol(PVA)solution as the core layer.The as-prepared PVA@TiO2nanofibers are characterized by thermogravimetry-differential thermal analysis(TG-DTA),X-ray diffraction and scanning electron microscope.The results show the capacity of TiO2nanofibers is as high as 91%,more than twice of the similar methods.Meanwhile,TiO2nanofibers could well on load on PVA firmly.Furthermore,under UV light irradiation,the photodecomposition of Rhodamine B was investigated.The results show 20 mL 1×10-5mol/L Rhodamine B solution is completely degraded within 10 min.

        coaxial electrospinning;TiO2;polyvinyl alcohol;photocatalysis

        TQ426.8

        A

        (責(zé)任編輯:張祖堯)

        1673-3851(2014)02-0160-05

        2013-09-30

        國家自然科學(xué)基金(31070888,21103152);浙江省自然科學(xué)基金資項(xiàng)目(Y4080392);浙江省創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目(2011R50003);浙江理工大學(xué)材料科學(xué)與工程研究生教育創(chuàng)新示范基地(編號3)

        劉 波(1988-),男,河南上蔡人,碩士研究生,主要從事納米催化劑的研究。

        王 晟,E-mail:wangsheng571@hotmail.com

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