一種功能化光觸媒纖維的制備方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及纖維制造技術，具體為一種功能化光觸媒纖維的制備方法。
【背景技術】
[0002] 隨著我國人民居住和辦公場所的裝修水平逐步提高，新興建筑和裝飾材料被廣泛 使用，導致了普遍性的室內空氣污染問題，嚴重影響人民身體健康。目前室內空氣主要污染 物包括甲醛、氨氣和揮發(fā)性有機物等，其中以甲醛污染最為普遍和突出，有誘發(fā)多種癌癥的 風險。為了有效控制室內甲醛污染，目前多使用基于納米TiO 2光催化劑的環(huán)境凈化材料，其 中將納米TiO2與纖維結合制備空氣凈化紡織品（由光觸媒纖維制成）發(fā)展?jié)摿薮蟆＿@是 因為納米110 2能光催化水產生高氧化性氫氧自由基，使甲醛降解為水和二氧化碳?？諝鈨?化紡織品的制備技術包括后整理法和紡絲法兩種。后整理法（參見Yongchun Dong, Zhipeng Bai，Ruihua Liu，Tan Zhu，Decomposition of indoor ammonia with Ti02 - loaded cotton woven fabrics prepared by different textile finishing methods, Atmospheric Environment，2007, 41:3182 - 3192)首先要制備納米1102水溶膠或分散液，然后使用浸乳 法或涂層法對織物進行后整理，得到納米110 2空氣凈化紡織品。該方法具有工藝相對簡 單，成本較低的優(yōu)點，但是該織物的凈化功能持久性差。而紡絲法（參見趙家祥，日本光觸 媒織物的發(fā)展，產業(yè)用紡織品，2002, 20 (2) 1 - 4)是先將納米TiO2粒子與紡絲液混合，再 經紡絲工藝制成納米Ti02復合纖維（簡稱光觸媒纖維），然后根據需要制造納米110 2復 合織物或納米1102空氣凈化紡織品。該方法所得織物具有持久凈化功能。但是該方法制 備的光觸媒纖維，其納米110 2粒子被包裹于纖維內部，其光催化凈化效率受到影響。特別 應當指出的是：在上述兩種制備技術中，目前所使用的納米110 2粒子通常只能在波長小 于387nm的紫外光福射下才能發(fā)揮光催化性能（典型的可參見Yongchun Dong, Zhipeng Bai,Ruihua Liu, Tan Zhu, Decomposition of indoor ammonia with Ti02-loaded cotton woven fabrics prepared by different textile finishing methods, Atmospheric Environment, 2007, 41:3182 - 3192)，而在太陽光和目前廣泛使用的民用室內照明光源中， 紫外光所占比例通常低于10 %，而可見光所占比例通常高達80 %，這使得納米TiO2粒子的 光催化性能難以廣泛適用。因此，制備一種能夠在可見光輻射條件下仍具有優(yōu)良光催化性 能的光觸媒纖維就顯得十分必要，且意義重大。

【發(fā)明內容】

[0003] 針對現有技術的不足，本發(fā)明擬解決的技術問題是，提供一種功能化光觸媒纖維 的制備方法。該方法首先，使用鐵鹽和氧化石墨烯以及寬光譜相應型納米Ti02水溶膠合成 高催化活性和寬光譜響應型功能化納米Ti02粉末；然后，以其制備PET母粒，并通過熔融紡 絲紡制皮芯型結構的功能化光觸媒PET纖維。本發(fā)明方法重要的是所制備的功能化光觸媒 PET纖維不僅在可見光條件下能夠有效催化降解空氣中的甲醛，而且還具有自清潔和抗菌 功能。
[0004] 本發(fā)明解決所述技術問題的技術方案是：設計一種功能化光觸媒纖維的制備方 法，該方法采用如下工藝：
[0005] (1)制備功能化納米Ti02粉末
[0006] 將5. Og三氯化鐵和3. Og氧化石墨烯加入到1000 ml納米Ti02水溶膠中，并在室 溫條件下高速攪拌2h，然后冷卻、過濾和高溫焙烘后，即得到表面包覆鐵和石墨烯的功能化 納米Ti02粉末；所述氧化石墨稀的規(guī)格是，平均厚度I. 5nm，平均堆積密度0. 68g/m3;所述 水溶膠中納米Ti02要求是寬光譜響應型，平均粒徑2 - 3nm ;
[0007] (2)制備含納米Ti02的功能化PET母粒
[0008] 將質量分數15 - 45%的功能化納米Ti02粉末、I. 0 - 2. 0 %的聚乙烯類分散劑和 53 - 84%的PET切片放入高速混合機中混合均勾，然后使用擠出機在180 - 240°C溫度下熔 融混合擠出，經水浴冷卻、切粒和真空干燥后，即得到含納米Ti02的功能化PET母粒；
[0009] (3)紡制皮芯型功能化光觸媒纖維
[0010] 先將質量分數20 - 50%的含納米Ti02的功能化PET母粒和80 - 50%的PET切片 真空干燥lh，然后經280°C的皮芯復合熔融紡絲和3 - 3. 5倍拉伸后，即得到皮芯型的功能 化光觸媒纖維。
[0011] 與現有技術相比，本發(fā)明制備方法因為創(chuàng)新設計使用了高催化活性和寬光譜響應 型功能化納米Ti02粉末，并采用皮芯型結構紡絲技術，使所制備的皮芯型PET纖維具有多 功能化的特點，不僅在可見光條件下能夠有效催化降解空氣中的甲醛，而且還具有自清潔 和抗菌功能。該方法工藝并不復雜，成本適中，功能強大，有利于工業(yè)化推廣。
【具體實施方式】
[0012] 下面結合實施例進一步描述本發(fā)明。
[0013] 本發(fā)明設計的功能化光觸媒纖維的制備方法（簡稱方法），該方法采用如下工藝：
[0014] (1)制備功能化納米Ti02粉末
[0015] 將5. Og三氯化鐵和3. Og氧化石墨烯加入到1000 ml納米Ti02水溶膠中，并在室 溫條件下高速攪拌2h，然后冷卻、過濾和高溫焙烘后，即得到表面包覆鐵和石墨烯的功能化 納米Ti02粉末；所述氧化石墨稀的規(guī)格是，平均厚度I. 5nm，平均堆積密度0. 68g/m3;所述 水溶膠要求是寬光譜響應型，平均粒徑2 - 3nm ;
[0016] (2)制備含納米Ti02的功能化PET母粒
[0017] 將質量分數15 - 45%的功能化納米Ti02粉末、I. 0 - 2. 0 %的聚乙烯類分散劑和 53 - 84%的PET切片放入高速混合機中混合均勾，然后使用擠出機在180 - 240°C溫度下熔 融混合擠出，經水浴冷卻、切粒和真空干燥后，即得到含納米Ti02的功能化PET母粒；
[0018] (3)紡制皮芯型功能化光觸媒纖維
[0019] 先將質量分數20 - 50%的含納米Ti02的功能化PET母粒和80 - 50%的PET切片 真空干燥lh，然后經280°C的皮芯復合熔融紡絲和拉伸3 - 3. 5倍后，即得到皮芯型的功能 化光觸媒纖維。
[0020] 本發(fā)明方法首創(chuàng)使用鐵鹽和氧化石墨烯以及寬光譜相應型納米Ti02水溶膠制備 功能化納米Ti02粉末。其設計原理是：添加的Fe3+是電子的有效受體，能夠通過Fe3+和 Fe2+離子之間的循環(huán)反應提高納米Ti02的光催化活性和擴展其對可見光的相應活性。而 石墨烯不僅通過其高吸附性和導電性有效分離光生電子和空穴提高納米Ti02的光催化活 性，而且還可拓展可見光響應范圍。因此所制備的功能化納米Ti02粉末是一種具有高催 化活性和寬光譜響應型光催化劑，不僅能夠在太陽光下，而且在目前廣泛使用的民用室內 照明條件下，快速有效地降解室內空氣中的甲醛。然后使用功能化納米Ti02粉末與聚酯 (PET)切片制備功能化PET母粒。最后通過公知的熔融紡絲法紡制皮芯型功能化PET光觸 媒纖維，其中功能化PET母粒作為皮層，使其中的功能化納米Ti02粉末充分暴露于纖維表 面，有效地發(fā)揮其光催化凈化性能。而PET切片作為芯層，也達到保持功能化PET光觸媒纖 維優(yōu)良的物理機械性能的目的。
[0021] 本發(fā)明方法所制備的皮芯結構的功能化光觸媒纖維，其皮層是由含Ti02粉末的 PET母粒構成，使其中的納米Ti02粉末充分暴露于纖維表面，可有效地發(fā)揮其光催化凈化 性能；而PET切片作為芯層，不含有納米Ti02粉末。因此，納米Ti02粉末在纖維表層的濃 度遠高于內部的濃度。而現有技術的光觸媒纖維是均勻結構的，納米Ti02粉末均勻地分布 于纖維中，納米Ti02粉末在纖維表層和內部的濃度是一樣的。納米Ti02粉末未能充分發(fā) 揮作用。
[0022] 本發(fā)明的功能化光觸媒纖維不僅能夠催化降解空氣中的甲醛，而且還具有自清潔 和抗菌功能。其中的自清潔功能使用染料降解率和辣椒油漬消失級進行表征。
[0023] 本發(fā)明未述及之處適用于現有技術。
[0024] 下面給出本發(fā)明的具體實施例。這些實施例僅用于進一步詳細說明本發(fā)明，并不 限制本申請權利要求的保護范圍。
[0025] 實施例1
[0026] 制備一種功能化光觸媒纖維。
[0027] (1)功能化納米Ti02粉末的制備
[0028] 將5. Og三氯化鐵和3. Og氧化石墨烯（平均厚度：1. 5nm，平均堆積密度：0· 68g/ m3)加入到1000ml納米Ti02水溶膠（平均粒徑為2 - 3nm的納米Ti02粒子的平均質量含 量：2. 50%，）中，并在室溫條件下高速攪拌2h,然后冷卻、過濾和120°C后焙烘后，得到表面 包覆鐵和石墨稀的功能化納米Ti02粉末。
[0029] ⑵功能化PET母粒的制備：
[0030] 將質量分數15%的功能化納米Ti02粉