專利名稱：一種硅保護原位沉積光催化功能織物的制備方法
一種硅保護原位沉積光催化功能織物的制備方法技術領域
本發明屬于光催化環境凈化功能織物的制備領域，特別是涉及一種硅保護原位沉積光催化功能織物的制備方法。
背景技術：
水環境問題是自古以來一直影響著人類社會經濟進步和可持續發展的關鍵問題。 曾有人預測，在能源危機之后，人類將面臨的最大自然危機就是水資源危機，而且其危害性更甚于能源危機，難以解決。水環境的惡化、水資源的短缺，已成為世界各國關注的焦點。在未來50年，全世界至少有1/4的人口將面臨水資源短缺，至2050年，世界上生活在缺水狀態的人口數將可能增至20億。水環境的治理已成為人類刻不容緩的課題了。
中國水資源總量居世界第6位，而人均水資源占有量僅為世界人均的四分之一， 居世界第88位，據此聯合國把中國列為12個水資源緊缺的國家之一。隨著染料生產和紡織印染工業的迅速發展，染料廢水對水環境的危害日益加重。目前我國年產染料超過90萬噸，居世界首位，占世界總產量的45%。而在染料的生產過程中，每產出1噸染料至少有2% 會隨廢水流失，而在印染過程中染料損失量則達到10% 15%。由于染料品種繁多，生產工藝和染色工藝各不相同，產生的廢水量及其組分也千差萬別，但水質特征均表現為高濃度、高色度、高COD值和高BOD值，所以其治理技術一直是廢水處理的難點。
目前，國內外常用于染料廢水處理的方法主要有生物處理法、化學絮凝法、化學氧化法、吸附法和電化學法等；而近年來也有一些新型廢水處理技術研究較為活躍，如超臨界水氧化技術、低溫等離子體化學技術、超聲波技術、萃取技術、光催化技術和fenton氧化技術等。但以上方法存在制造工藝復雜、成本較高且不能再生使用等缺陷，而且不利于回收，影響可持續發展。鑒于柔性基材(纖維材料)作為載體具有表面積大、易加工成型、易富集污染物和稀釋分解產物特殊性能，將光催化劑負載到柔性基材上制備柔性污水凈化材料能有效的提高污水處理的能力，且成本低廉。目前制備方法主要有浸軋法和涂層法。然而這兩種方法存在著光催化劑被粘合劑包覆，團聚嚴重、催化效率低、柔性基材易光氧化降解等問題。又由于柔性基材不耐高溫，限制了光催化劑沉積在柔性基材上進行晶型轉換方法的使用。發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種硅保護原位沉積光催化功能織物的制備方法，該方法簡單、成本低，無二次污染，易于工業化生產；所得的柔性空氣凈化材料有機污染物降解效果好，且有效的防止了 Bi系光催化劑對纖維織物的損傷問題。
本發明的一種硅保護原位沉積光催化功能織物的制備方法，包括
(1)將400 600ml無水乙醇、0. 5 2. 5ml氨水、200 400ml去離子水和100 200ml丙酮均勻混合，隨后逐滴加入10 30ml硅烷，得到硅保護抗氧化整理液；然后將織物浸漬于上述硅保護抗氧化整理溶液中，在200 300rpm、室溫下持續攪拌4 他后取出，用去離子水和乙醇淋洗，在80 100°C烘干，得處理后的織物；
(2)在惰性環境下，取摩爾比為1 2的硝酸鉍與乙二胺四乙酸二鈉分別加入堿性緩沖液中，并滴加潤濕劑，200 300rpm攪拌20 30min，得溶液A ；
在惰性環境下，將與溶液A中硝酸鉍相同摩爾數的偏釩酸鈉加入到堿性緩沖液中，200 300rpm攪拌5 lOmin，并在攪拌過程中依次逐滴加入氫氧化鈉溶液和去離子水，得到溶液B;
(3) LOC整理液的制備
將上述溶液B逐滴加入至上述溶液A中，控制轉移速率為1 1. 5ml/min，均勻混合形成整理液LOC，從室溫升至80 95°C，控制升溫速率在2 ;TC /min,得到光催化前驅體溶液(LOC整理液)；
(4)織物表面原位沉積和光催化功能織物的后處理
將上述處理后的織物浸漬到上述光催化前驅體溶液中反應8 12h，然后于65 70°C烘干；再在90 100°C沸水中處理1 2h，去除在織物表面的冗余吸附顆粒，最后經 40 50°C烘干，得到光催化功能織物。
步驟(1)中所述的硅烷為硅酸鈉、二乙胺基甲基三乙氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷或正硅酸乙酯。
步驟(1)中所述的織物為非織造布、機織布或針織布。
上述織物的纖維為棉纖維、聚酰亞胺纖維、活性炭纖維、聚酯纖維、聚丙烯纖維、竹纖維、玻璃纖維、粘膠纖維、蠶絲纖維、麻纖維、羊毛纖維、大豆蛋白纖維、牛奶蛋白纖維、錦綸纖維中的一種或兩種混紡纖維。
步驟O)中所述的惰性環境為氮氣或氬氣保護環境。
步驟O)中所述的堿性緩沖液為體積比為3 2的0. 2mol/L磷酸氫二鈉和 0. 2mol/L磷酸二氫鈉的混合溶液、體積比為3 2的O. 2mol/L磷酸氫二鈉和0. lmol/L檸檬酸的混合溶液或體積比為3 2的0. 2mol/L氫氧化鈉和0. 2mol/L磷酸二氫鉀的混合溶液。
步驟⑵中所述的潤濕劑為JFC(脂肪醇聚氧乙烯醚)、吐溫或曲拉通(Triton X-100)，用量為owf 2% 6%。
步驟O)中所述的氫氧化鈉濃度為0. 5 2mol/L。
步驟⑵溶液A中堿性緩沖液與步驟(1)中所用織物的比例為40 60mL Ig ； 溶液B中堿性緩沖液、氫氧化鈉溶液和去離子與步驟(1)中所用織物的比例分別為40 6OmL lg、5 15ml Ig 禾口 5 15ml lg。
本發明將硅保護劑均勻生長在纖維織物表面，達到抗光氧化的作用，有效阻止了半導體光催化劑帶來的強氧化效果，同時賦予織物柔軟效果，并在纖維織物上低溫原位沉積半導體納米粒子，既解決了光催化劑在空氣凈化時的粉塵污染問題，又能避免光催化劑在柔性基材上團聚效率下降的問題；柔性光催化環境凈化材料表面的光觸媒薄膜具有高親水性，具有強大的氧化能力，可氧化掉表面的污染物，保持自身清潔，同時兼有抗菌效果，對有害微生物進行有效的殺滅。柔性材料在可見光下能通過光催化降解染料廢水或有毒氣體，并將其變為無毒無害的物質，本發明的柔性光催化環境凈化材料有機污染物降解效果好，無二次污染，可長期使用。
本發明制備的空氣凈化材料可應用于印染廢水回用、企業污水排放處理、空氣污染凈化等環境治理領域，具有廣闊的應用前景和市場前景。
本發明直接通過在織物上整理抗光氧化保護層，然后在織物上原位沉積光催化劑，在低溫水浴中實現光催化劑晶型的轉換，制備硅保護原位沉積光催化柔性功能材料。
有益效果
(1)本發明的制備方法簡單、成本低，不增加新設備，易于工業化生產；
(2)本發明的纖維原料來源廣，易加工成各種形狀，使用方便；
(3)本發明的柔性光催化環境凈化材料有機污染物降解效果好，無二次污染，可長期使用。
具體實施方式
下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之后，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。
實施例1
(1)抗氧化整理液的制備
將500ml無水乙醇，0. 5ml氨水，200ml蒸餾水和IOOml丙酮均勻混合，隨后逐滴加入20ml正硅酸乙酯，配置成仿生保護抗氧化整理液；
(2)羊毛織物抗光氧化保護整理
將羊毛織物(Ig)浸漬于仿生保護抗氧化整理溶液中，200rpm在室溫下持續攪拌 4h后取出，用去離子水和乙醇淋洗，在100°C烘干；
(3)溶液A的配制
在氬氣環境下，取0. 005mol硝酸鉍與0. OlOmol乙二胺四乙酸二鈉分別加入50ml 磷酸緩沖溶液中，并滴加相對織物重2 %的潤濕劑吐溫80，200rpm攪拌30min ；
(4)溶液B的配制
在氬氣環境下，取0.005mol偏釩酸鈉加入50ml磷酸緩沖溶液中，200rpm攪拌 5min,并在攪拌過程中逐滴加入IOml氫氧化鈉溶液(0. 5mol/L)，IOml去離子水，得到澄清溶液；
(5) LOC整理液的配制
將溶液二逐滴加入至溶液一中，控制速率為lml/min，均勻混合形成整理液L0C， 并置于水浴中，從室溫升溫至90°C，控制升溫速率為2V /min，得到光催化前驅體溶液；
(6)將經步驟( 處理的羊毛織物浸漬到步驟(5)的LOC整理液中反應他，之后在65 °C下烘干；
(7)水環境凈化功能織物的后處理
將步驟(6)烘干后的織物在100°C沸水中處理lh，去除在織物表面的冗余吸附顆粒，再經50°C烘干，得到水環境凈化羊毛織物。
將本發明制得的水環境凈化功能羊毛織物和普通的活性炭廢水脫色材料分別裝入同一型號的廢水凈化器內，對在同一條件下包括空間，有色廢水濃度、時間進行對比測試，其結果如下
權利要求
1.一種硅保護原位沉積光催化功能織物的制備方法，包括(1)將400 600ml無水乙醇、0.5 2. 5ml氨水、200 400ml去離子水和100 200ml 丙酮均勻混合，隨后逐滴加入10 30ml硅烷，得到硅保護抗氧化整理液；然后將織物浸漬于上述硅保護抗氧化整理液中，在200 300rpm、室溫下持續攪拌4 他后取出，用去離子水和乙醇淋洗，在80 100°C烘干，得處理后的織物；(2)在惰性環境下，將摩爾比為1 2的硝酸鉍與乙二胺四乙酸二鈉分別加入堿性緩沖液中，并滴加潤濕劑，200 300rpm攪拌20 30min，得溶液A ；在惰性環境下，將與溶液A中硝酸鉍相同摩爾數的偏釩酸鈉加入到堿性緩沖液中， 200 300rpm攪拌5 lOmin，并在攪拌過程中依次逐滴加入氫氧化鈉溶液和去離子水，得到溶液B ；(3)將上述溶液B逐滴加入至上述溶液A中，控制轉移速率為1 1.5ml/min，均勻混合形成整理液LOC，從室溫升至80 95°C，控制升溫速率在2 ;TC /min,得到光催化前驅體溶液；(4)將步驟(1)得到的處理后的織物浸漬到上述光催化前驅體溶液中反應8 12h，然后于65 70°C烘干；再在90 100°C沸水中處理1 2h，最后經40 50°C烘干，即得。
2.根據權利要求1所述的一種硅保護原位沉積光催化功能織物的制備方法，其特征在于步驟(1)中所述的硅烷為硅酸鈉、二乙胺基甲基三乙氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷或正硅酸乙酯。
3.根據權利要求1所述的一種硅保護原位沉積光催化功能織物的制備方法，其特征在于步驟(1)中所述的織物為非織造布、機織布或針織布。
4.根據權利要求1或3所述的一種硅保護原位沉積光催化功能織物的制備方法，其特征在于步驟(1)中所述織物的纖維為棉纖維、聚酰亞胺纖維、活性炭纖維、聚酯纖維、聚丙烯纖維、竹纖維、玻璃纖維、粘膠纖維、蠶絲纖維、麻纖維、羊毛纖維、大豆蛋白纖維、牛奶蛋白纖維、錦綸纖維中的一種或兩種混紡纖維。
5.根據權利要求1所述的一種硅保護原位沉積光催化功能織物的制備方法，其特征在于步驟O)中所述的惰性環境為氮氣或氬氣保護環境。
6.根據權利要求1所述的一種硅保護原位沉積光催化功能織物的制備方法，其特征在于步驟O)中所述的堿性緩沖液為體積比為3 2的0. 2mol/L磷酸氫二鈉和0. 2mol/L 磷酸二氫鈉的混合溶液、體積比為3 2的0. 2mol/L磷酸氫二鈉和0. lmol/L檸檬酸的混合溶液或體積比為3 2的0. 2mol/L氫氧化鈉和0. 2mol/L磷酸二氫鉀的混合溶液。
7.根據權利要求1所述的一種硅保護原位沉積光催化功能織物的制備方法，其特征在于步驟O)中所述的潤濕劑為JFC、吐溫或曲拉通，用量為owf 2% 6%。
8.根據權利要求1所述的一種硅保護原位沉積光催化功能織物的制備方法，其特征在于步驟O)中所述的氫氧化鈉濃度為0. 5 2mol/L。
9.根據權利要求1所述的一種硅保護原位沉積光催化功能織物的制備方法，其特征在于步驟O)中溶液A中堿性緩沖液與步驟(1)中所用織物的比例為40 60mL Ig ； 溶液B中堿性緩沖液、氫氧化鈉溶液和去離子與步驟(1)中所用織物的比例分別為40 6OmL lg、5 15ml Ig 禾口 5 15ml lg。
全文摘要
本發明涉及一種硅保護原位沉積光催化功能織物的制備方法，包括(1)配置硅保護抗氧化整理液，然后用硅保護抗氧化整理液處理織物，得處理后的織物；(2)在惰性環境下，將硝酸鉍與乙二胺四乙酸二鈉分別加入堿性緩沖液中，滴加潤濕劑，得溶液A；在惰性環境下，將偏釩酸鈉加入到堿性緩沖液中，加入氫氧化鈉溶液和去離子水，得到溶液B；(3)將溶液B加入溶液A中，得到光催化前驅體溶液；(4)將步驟(1)得到的處理后的織物浸漬到上述光催化前驅體溶液中反應，烘干后在沸水中處理，即得。本發明的制備方法簡單、成本低，不增加新設備，易于工業化生產；本發明的柔性光催化環境凈化材料有機污染物降解效果好，無二次污染，可長期使用。
文檔編號C02F1/50GK102517887SQ201110330250
公開日2012年6月27日 申請日期2011年10月26日 優先權日2011年10月26日
發明者何瑾馨, 劉保江, 李 浩, 王振華, 瞿建剛, 陸洋 申請人:東華大學