负载Ag2O-TiO2的柔性氧化锆纳米纤维膜的制备及其光催化性能研究

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近年来,经济的腾飞与社会的和谐发展出现了摩擦,环境污染越来越严重。目前,治理环境污染的方法有物理法、化学法、生物法等,但存在降解不够彻底、成本高、操作复杂等缺点。光催化处理技术具有无毒无害、廉价、生物相容性好等优点。目前光催化材料主要以颗粒形式使用,存在活性低、颗粒易团聚、二次污染等问题,限制了实际应用。通常采用喷涂负载的方式将其负载到金属网、无纺布或者蜂窝陶瓷上以改善,但存在颗粒粘结不牢易掉落、颗粒分布不均匀等缺陷。近年来,相关科研人员在光催化用纳米纤维方面作了一些努力,虽取得一些进展,但制备的纤维易脆断,实用性差。因而,制备出光催化活性高,力学性能好的纤维类光催化材料是解决上述问题的关键。为此,本课题利用静电纺丝法制备了均匀负载有TiO2纳米颗粒的柔性ZrO2纳米纤维膜(YSZ-TiO2),并结合半导体复合的方法,用浸渍-涂覆和沉淀反应技术,使Ag2O纳米晶粒均匀涂覆在纤维表面,与TiO2间形成了p-n型的纳米异质结,降低光生电子与空穴的复合率,得到纤维表面镶嵌高活性Ag2O-TiO2的柔性ZrO2纤维膜材料(AZT)。首先选TiO2 NPs浓度为1wt%、5wt%、10wt%的前驱体溶液,探究颗粒浓度对YSZ-TiO2纤维膜形貌结构及柔性的影响。结果发现,TiO2 NPs浓度不超过5wt%时,颗粒在纤维膜内部及表面分布的较为均匀,且具有良好的柔性。随着颗粒含量的提高,纤维膜变得粗糙,比表面积提高,但柔性却随之下降;当颗粒浓度达到10wt%时,纤维上的颗粒大量团聚,纤维膜变脆。本课题选取TiO2 NPs浓度5wt%时制备的YSZ-TiO2纤维膜为半导体复合的基材。随后,利用沉淀法,选用0.02wt%、0.06wt%、0.10wt%三个AgNO3在溶液中的浓度,探究Ag NO3的添加量对纤维膜形貌结构及其光催化性能的影响。结果表明,当Ag NO3浓度不超过0.06wt%时,光催化性能随AgNO3添加量的增加而提高。当Ag NO3的浓度大于0.06wt%时,纤维膜的光催化活性基本不增加。因此,得出以下结论:静电纺丝的前驱体溶液内TiO2 NPs的浓度为5wt%时,沉淀反应过程中AgNO3在溶液中的浓度为0.06wt%时,制备出的AZT纳米纤维膜柔性和光催化性能是最好的。光催化性能测试表明,此纤维膜可在35min内完全降解亚甲基蓝(MB)染料,且具有良好的柔性和循环使用性能。本课题通过静电纺丝技术和沉淀反应制备了一种新型的柔性AZT p-n纳米异质结纳米纤维膜。其综合性能十分优异,具有巨大的使用价值和应用前景,它为光催化材料的研究提供了一个新的视角。
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