静电纺丝方法制备tio2pdpvp纤维及其光催化性能研究【字数：12078】
通过静电纺丝方法制备不同碳钛比例的TiO2-PVP纤维，并通过掺杂PdCl2对纤维进行改性，提高TiO2光催化活性。通过X射线衍射仪、热重分析等分析方法表征了TiO2-PVP纤维、TiO2/Pd-PVP纤维的性能。探讨了碳化温度对催化剂的影响，通过降解10mg/L亚甲基蓝溶液、测试紫外吸收光谱来表征催化剂的光催化效果。实验表明，C:Ti=1:0.5、1:1、1:1.5时，700℃碳化得到的TiO2-PVP纤维光催化效果较好，C:Ti=1:2、1:2.5、1:3时,600℃碳化得到的TiO2-PVP纤维光催化效果较好。通过掺杂PdCl2探究改性后催化剂的光催化性能，实验结果表明掺杂改性后的纤维降解效率明显提高，并且含量为1.5%PdCl2的TiO2/Pd-PVP纤维降解10mg/L亚甲基蓝溶液效果最好，改变亚甲基蓝溶液浓度发现含有不同比例的PdCl2的TiO2/Pd-PVP纤维降解性能改善。
目 录
1、绪论1
1.1静电纺丝技术简介1
1.1.1静电纺丝技术发展过程1
1.1.2静电纺丝装置和纺丝原理1
1.1.3影响静电纺丝技术的因素2
1.1.4静电纺丝制备纳米纤维的应用3
1.2二氧化钛的晶体结构和性能4
1.2.1二氧化钛晶体结构4
1.2.2二氧化钛的物理化学性质4
1.3二氧化钛光催化技术5
1.3.1二氧化钛光催化技术的机理5
1.3.2影响二氧化钛光催化性能的因素5
1.3.3二氧化钛光催化剂的改性6
1.4课题研究意义和目的6
2、实验部分8
2.1实验药品8
2.2实验仪器8
2.3实验操作8
2.3.1静电纺丝法制备TiO2PVP纳米纤维8
2.3.2静电纺丝法制备TiO2/PdPVP纳米纤维9
2.3.3性能表征9
2.3.4TiO2PVP纳米纤维光催化性能测试10
2.3.5TiO2/PdPVP纳米纤维光催化性能对比测试10
3、结果与讨论11
3.1TiO2PVP纳米纤维性能表征与 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
测试分析11
3.1.1热失重11
3.1.2XRD图谱12
3.1.3TiO2PVP纳米纤维紫外吸收光谱图16
3.2TiO2/PdPVP纳米纤维性能表征与测试分析22
3.2.1热失重22
3.2.2XRD图谱23
3.2.3TiO2/PdPVP纳米纤维紫外吸收光谱图23
4、结论27
参考文献28
致谢30
绪论
1.1静电纺丝技术简介
1.1.1静电纺丝技术发展过程
静电纺丝技术是高分子流体在静电力下雾化制备纳米纤维的一项重要方法，早在18世纪40年代就有人提出静电雾化的概念。然而，静电纺丝不同于静电雾化中使用的纺丝溶液。静电纺丝使用更高粘度的非牛顿流体[1]。在20世纪30年代，Formalas首先提出了利用高压静电制备纤维的技术，详细描述了聚合物溶液或熔体在电场力作用下形成微小射流进行纺丝的过程[23]，并为此申请了专利。从20世纪30年代到80年代，静电纺丝技术的应用范围较窄，在科研领域没有引起广泛关注，发展较为滞后[4]。20世纪90年以代后，Reneker研究团队带领静电纺丝技术进入了一个新的历史阶段[5]，促进了静电纺丝技术的发展。近年来，由于纳米材料的创新和纳米材料的制备，静电纺丝制备纳米纤维的方法受到研究者的广泛关注，成为制备超细纤维的基本方法之一[6]。
1.1.2静电纺丝装置和纺丝原理
基本的静电纺丝装置如图11所示：高压电源装置、液体储存装置、纤维收集装置[7]。
/
图11静电纺丝装置图
纤维收集装置通常是铺有一层铝箔纸的金属薄板。液体储存装置一般为盛有高分子溶液或熔体的带金属针头的注射器，纺丝机在设定好的速度下将液体匀速推出。高压电源单元提供DC或AC高压电源，正极和负极分别连接到注射器金属针和纤维收集装置。在外加电场的作用下，推出的液滴带电荷，随着电场强度的增加，静电力将针头处悬浮的半球状带电液滴拉长形成圆锥状，称为Taylor锥[8]。电场强度进一步增加，超过某一临界值时，静电排斥力将削弱液滴表面张力，Taylor锥顶端喷射出带电的微小射流，带电射流在喷射过程中经过不稳定拉伸，直径变得很小，同时伴随溶液中溶剂挥发或熔体冷却固化，最终落到金属薄板上形成聚合物纤维[9]。
1.1.3影响静电纺丝技术的因素
影响静电纺丝技术的因素主要包括三个方面：纺丝液物化性质、工艺参数设置和环境因素。通过对这三大类因素分析研究并合理地控制优化，进行材料设计，可制备出特定尺寸、结构、形貌的纤维，从而应用在特定的领域，提高纳米纤维的利用率。
1.1.3.1纺丝液物化性质
（1）浓度
当纺丝溶液的浓度低时，不能形成稳定且连续的带电射流，并且在电场的作用下将液滴直接喷射到纤维收集装置上；随着纺丝液浓度增加，能够得到均匀的纤维；当纺丝液浓度过高时，溶液流动困难，不能进行连续纺丝，液滴在针头处粘结，喷射困难，得到的纤维直径较大。
（2）黏度
纺丝溶液的黏度对纤维的形态和性质有很大影响。当纺丝溶液的黏度小时，在针上产生液滴，并且不能获得连续纤维；黏度增加，表面张力增加，液滴难以喷射，射流不稳定，纤维直径变大，分布不均匀。 因此，具有中等粘度的纺丝溶液的构造是在静电纺丝过程中不可忽视的重要步骤，并且应合理地考虑聚合物溶液的粘度。
（3）表面张力
表面张力过高时，液滴堵塞针头，不易喷射，射流形成困难；表面张力降低，静电排斥力克服表面张力形成射流[10]；表面张力过低时，射流不连续，增加了纺丝难度。
（4）聚合物的分子量
目 录
1、绪论1
1.1静电纺丝技术简介1
1.1.1静电纺丝技术发展过程1
1.1.2静电纺丝装置和纺丝原理1
1.1.3影响静电纺丝技术的因素2
1.1.4静电纺丝制备纳米纤维的应用3
1.2二氧化钛的晶体结构和性能4
1.2.1二氧化钛晶体结构4
1.2.2二氧化钛的物理化学性质4
1.3二氧化钛光催化技术5
1.3.1二氧化钛光催化技术的机理5
1.3.2影响二氧化钛光催化性能的因素5
1.3.3二氧化钛光催化剂的改性6
1.4课题研究意义和目的6
2、实验部分8
2.1实验药品8
2.2实验仪器8
2.3实验操作8
2.3.1静电纺丝法制备TiO2PVP纳米纤维8
2.3.2静电纺丝法制备TiO2/PdPVP纳米纤维9
2.3.3性能表征9
2.3.4TiO2PVP纳米纤维光催化性能测试10
2.3.5TiO2/PdPVP纳米纤维光催化性能对比测试10
3、结果与讨论11
3.1TiO2PVP纳米纤维性能表征与 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
测试分析11
3.1.1热失重11
3.1.2XRD图谱12
3.1.3TiO2PVP纳米纤维紫外吸收光谱图16
3.2TiO2/PdPVP纳米纤维性能表征与测试分析22
3.2.1热失重22
3.2.2XRD图谱23
3.2.3TiO2/PdPVP纳米纤维紫外吸收光谱图23
4、结论27
参考文献28
致谢30
绪论
1.1静电纺丝技术简介
1.1.1静电纺丝技术发展过程
静电纺丝技术是高分子流体在静电力下雾化制备纳米纤维的一项重要方法，早在18世纪40年代就有人提出静电雾化的概念。然而，静电纺丝不同于静电雾化中使用的纺丝溶液。静电纺丝使用更高粘度的非牛顿流体[1]。在20世纪30年代，Formalas首先提出了利用高压静电制备纤维的技术，详细描述了聚合物溶液或熔体在电场力作用下形成微小射流进行纺丝的过程[23]，并为此申请了专利。从20世纪30年代到80年代，静电纺丝技术的应用范围较窄，在科研领域没有引起广泛关注，发展较为滞后[4]。20世纪90年以代后，Reneker研究团队带领静电纺丝技术进入了一个新的历史阶段[5]，促进了静电纺丝技术的发展。近年来，由于纳米材料的创新和纳米材料的制备，静电纺丝制备纳米纤维的方法受到研究者的广泛关注，成为制备超细纤维的基本方法之一[6]。
1.1.2静电纺丝装置和纺丝原理
基本的静电纺丝装置如图11所示：高压电源装置、液体储存装置、纤维收集装置[7]。
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图11静电纺丝装置图
纤维收集装置通常是铺有一层铝箔纸的金属薄板。液体储存装置一般为盛有高分子溶液或熔体的带金属针头的注射器，纺丝机在设定好的速度下将液体匀速推出。高压电源单元提供DC或AC高压电源，正极和负极分别连接到注射器金属针和纤维收集装置。在外加电场的作用下，推出的液滴带电荷，随着电场强度的增加，静电力将针头处悬浮的半球状带电液滴拉长形成圆锥状，称为Taylor锥[8]。电场强度进一步增加，超过某一临界值时，静电排斥力将削弱液滴表面张力，Taylor锥顶端喷射出带电的微小射流，带电射流在喷射过程中经过不稳定拉伸，直径变得很小，同时伴随溶液中溶剂挥发或熔体冷却固化，最终落到金属薄板上形成聚合物纤维[9]。
1.1.3影响静电纺丝技术的因素
影响静电纺丝技术的因素主要包括三个方面：纺丝液物化性质、工艺参数设置和环境因素。通过对这三大类因素分析研究并合理地控制优化，进行材料设计，可制备出特定尺寸、结构、形貌的纤维，从而应用在特定的领域，提高纳米纤维的利用率。
1.1.3.1纺丝液物化性质
（1）浓度
当纺丝溶液的浓度低时，不能形成稳定且连续的带电射流，并且在电场的作用下将液滴直接喷射到纤维收集装置上；随着纺丝液浓度增加，能够得到均匀的纤维；当纺丝液浓度过高时，溶液流动困难，不能进行连续纺丝，液滴在针头处粘结，喷射困难，得到的纤维直径较大。
（2）黏度
纺丝溶液的黏度对纤维的形态和性质有很大影响。当纺丝溶液的黏度小时，在针上产生液滴，并且不能获得连续纤维；黏度增加，表面张力增加，液滴难以喷射，射流不稳定，纤维直径变大，分布不均匀。 因此，具有中等粘度的纺丝溶液的构造是在静电纺丝过程中不可忽视的重要步骤，并且应合理地考虑聚合物溶液的粘度。
（3）表面张力
表面张力过高时，液滴堵塞针头，不易喷射，射流形成困难；表面张力降低，静电排斥力克服表面张力形成射流[10]；表面张力过低时，射流不连续，增加了纺丝难度。
（4）聚合物的分子量
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