一種摻鋁氧化鋅（AZO）中空納米纖維的製備方法與流程

2024-03-30 17:24:05 1

本發明涉及一種摻鋁氧化鋅(AZO)中空納米纖維的製備方法，屬於納米纖維技術領域。

背景技術：

隨著城市和工業的發展以及人們對潔淨生活環境的要求不斷提高，環境治理受到的壓力越來越大。納米技術通過提供高性能產品，可以顯著減少現有重型汙染源對環境的破壞，提高人類生存環境質量。納米材料具有較大的比表面積和輕質等特點，成為目前研究熱點，在光催化、傳感器、氣敏探測、電池電極、電容器、生物醫藥及仿生等領域具有廣闊的應用前景和潛在價值。

中國專利申請號CN105013462A公開了一種兼具中空和介孔的TiO2納米纖維的製備方法，在紡絲前驅體溶液中加入一定比例的發泡劑，通過靜電紡絲工藝製備出複合納米纖維，進一步經過高溫煅燒處理，得到具有中空結構的TiO2納米纖維；中國專利申請號CN104451942A公開了一種以聚丙烯腈為外層、錫金屬鹽為內層，通過同軸紡絲法製備出具有皮芯結構的納米纖維，經碳化製備出碳包覆二氧化錫的中空納米纖維，該纖維材料可用於製造超級電容器，但是該類納米纖維是黑色，添加到淺色材料中，其染色受到限制。此外，錫是一種重金屬，在使用的過程中容易造成二次汙染；中國專利申請號CN103334179A公開了一種製備中空結構納米纖維的方法，首先通過靜電紡絲法製備PVDF納米纖維，利用磁控濺射技術在其表面噴塗一層氧化銦，進一步經過高溫燒結處理，PVDF在高溫條件下被除去，即形成具有中空結構的氧化銦納米纖維，這類納米纖維具有優異的電學性能，但是存在原料價格昂貴，供應受限，對磁控濺射技術有較高的要求，生產成本高等問題。

本發明採用靜電紡絲製備PVA初生納米纖維，經過熱處理使之具有耐熱水的特性，通過水熱合成法在PVA納米纖維表面包覆一層鋅鋁氫氧化物膜層，結合高溫煅燒處理在纖維表面形成緻密的AZO膜層並炭化內部的PVA納米纖維，從而製備出具有中空結構的AZO納米纖維。這種AZO中空納米纖維結構穩定、形態均勻，具有良好的光催化性能，在降解有機物方面有一定的應用前景。此外，AZO是一種環境友好型納米材料，可減輕在環境治理方面的壓力。

技術實現要素：

發明目的：本發明的目的是提供一種環境友好型AZO中空納米纖維的製備方法，原料來源廣泛，生產成本低廉，製備方法簡單，為其產業化的生產提供了一定的研究基礎。此外，AZO是一種淺黃色的金屬氧化物，添加到高分子材料中製備的複合物可進行染色處理，擴大了應用領域。

技術方案：一種摻鋁氧化鋅(AZO)中空納米纖維的製備方法，該方法包括以下步驟：

(1)稱取一定量的PVA溶解在去離子水中，加入一定比例的酸溶液並放在磁力攪拌器上進行充分的攪拌形成混合溶液A，將其放在紡絲機上經過靜電紡絲，得到PVA納米纖維；水和PVA的摩爾比為1～8：1，固化距離10～20cm，紡絲時間12～48h。

(2)將PVA納米纖維從鋁箔紙上揭下來，放置在150～250℃條件下進行熱處理0.5～4h，使其具有耐熱水的特性。

(3)稱取一定量的鋅鹽和鋁鹽溶解在去離子水中，得到混合溶液B；混合溶液B中鋁鹽和鋅鹽的摩爾比為1～40:100。

(4)將經過熱處理的PVA納米纖維放置在三口燒瓶中並用去離子水浸潤，低速攪拌，三口燒瓶的一側插入溫度計監測反應溫度，待溶液溫度升至40～80℃並保持恆定後，在另一側逐滴加入混合溶液B，同時滴加適量的1～10mol/L鹼溶液以及1～10mol/L酸溶液，溶液的pH值為5～10，滴定時間為20～60min，反應時間1～12h。

(5)反應結束後，取出PVA@AZO前驅體納米纖維膜，將其平鋪在聚四氟乙烯板上室溫晾乾，再進行300～800℃高溫煅燒處理1～10h，得到所述的AZO中空納米纖維。

步驟(1)中，所述酸溶液為鹽酸、硝酸、碳酸、醋酸中的一種。

步驟(3)中，所述鋅鹽為硫酸鋅、氯化鋅、醋酸鋅和硝酸鋅中的一種。

步驟(3)中，所述鋁鹽為硫酸鋁、氯化鋁、硝酸鋁和醋酸鋁中的一種。

步驟(4)中，所述鹼液為氫氧化鈉、氨水、尿素、碳酸鈉、氫氧化鉀中的一種。

步驟(4)中，所述酸溶液為鹽酸、硝酸、醋酸、硫酸中的一種。

與現有技術相比，本發明的優點是：

(1)AZO納米材料原料來源廣泛，成本低廉，是一種新型的環境友好型納米材料。

(2)AZO中空納米纖維形態均勻、尺寸可控、製備工藝簡單，易實現大批量生產。

附圖說明

圖1為本發明實施例1的AZO中空納米纖維的SEM圖；

圖2為本發明實施例2的AZO中空納米纖維的SEM圖；

圖3為本發明實施例3的AZO中空納米纖維的SEM圖；

具體實施方式

下面結合具體附圖和實施例對本發明作進一步說明。

實施例1：一種AZO中空納米纖維的製備方法，包括以下步驟：

(1)稱取一定量的PVA溶解在去離子水中，加入一定比例的酸溶液並放在磁力攪拌器上進行充分的攪拌形成混合溶液A，將其放在紡絲機上經過靜電紡絲，得到PVA納米纖維；水和PVA的摩爾比為1：1，固化距離20cm，紡絲時間12h。

(2)將PVA納米纖維從鋁箔紙上揭下來，放置在100℃條件下進行熱處理5h，使其具有耐熱水的特性。

(3)將鋅鹽和鋁鹽溶解在去離子水中，得到混合溶液B；混合溶液B中鋅鹽和鋁鹽的摩爾比為1:100；

(4)將經過熱處理的PVA納米纖維放置在三口燒瓶中並用去離子水浸潤，低速攪拌，在三口燒瓶的一側插入溫度計監測反應溫度，待溶液溫度升至40℃並保持恆定後，在另一側逐滴加入混合溶液B，同時滴加適量的10mol/L鹼溶液以及1mol/L酸溶液，溶液的pH值為5，滴定時間為20min，反應時間1h。

(5)反應結束後，取出PVA@AZO前驅體納米纖維膜，將其平鋪在聚四氟乙烯板上室溫晾乾，再進行800℃高溫煅燒處理1h，得到所述的AZO中空納米纖維。得到的AZO中空納米纖維的SEM圖如圖1所示。

實施例2：一種AZO中空納米纖維的製備方法，包括以下步驟：

(1)稱取一定量的PVA溶解在去離子水中，加入一定比例的酸溶液並放在磁力攪拌器上進行充分的攪拌形成混合溶液A，將其放在紡絲機上經過靜電紡絲，得到PVA納米纖維；水和PVA的摩爾比為4：1，固化距離15cm，紡絲時間36h。

(2)將PVA納米纖維從鋁箔紙上揭下來，放置在150℃條件下進行熱處理10h，使其具有耐熱水的特性。

(3)將鋅鹽和鋁鹽溶解在去離子水中，得到混合溶液B；混合溶液B中鋅鹽和鋁鹽的摩爾比為20:100；

(4)將經過熱處理的PVA納米纖維放置在三口燒瓶中並用去離子水浸潤，低速攪拌，在三口燒瓶的一側插入溫度計監測反應溫度，待溶液溫度升至60℃並保持恆定後，在另一側逐滴加入混合溶液B，同時滴加適量的5mol/L鹼溶液以及5mol/L酸溶液，溶液的pH值為5～10，滴定時間為30min，反應時間6h。

(5)反應結束後，取出PVA@AZO前驅體納米纖維膜，將其平鋪在聚四氟乙烯板上室溫晾乾，再進行500℃高溫煅燒處理6h，得到所述的AZO中空納米纖維。得到的AZO中空納米纖維的SEM圖如圖2所示。

實施例3：一種AZO中空納米纖維的製備方法，包括以下步驟：

(1)稱取一定量的PVA溶解在去離子水中，加入一定比例的酸溶液並放在磁力攪拌器上進行充分的攪拌形成混合溶液A，將其放在紡絲機上經過靜電紡絲，得到PVA納米纖維；水和PVA的摩爾比為8：1，固化距離10cm，紡絲時間48h。

(2)將PVA納米纖維從鋁箔紙上揭下來，放置在300℃條件下進行熱處理20h，使其具有耐熱水的特性。

(3)將鋅鹽和鋁鹽溶解在去離子水中，得到混合溶液B；混合溶液B中鋅鹽和鋁鹽的摩爾比為40:100；

(4)將經過熱處理的PVA納米纖維放置在三口燒瓶中並用去離子水浸潤，低速攪拌，在三口燒瓶的一側插入溫度計監測反應溫度，待溶液溫度升至80℃並保持恆定後，在另一側逐滴加入混合溶液B，同時滴加適量的1mol/L鹼溶液以及10mol/L酸溶液，溶液的pH值為10，滴定時間為60min，反應時間12h。

(5)反應結束後，取出PVA@AZO前驅體納米纖維膜，將其平鋪在聚四氟乙烯板上室溫晾乾，再進行300℃高溫煅燒處理10h，得到所述的AZO中空納米纖維。得到的AZO中空納米纖維的SEM圖如圖3所示。

以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但並不能因此而理解為對本發明專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本發明的保護範圍。因此，本發明專利的保護範圍應以所附權利要求為準。