本發(fā)明屬于環(huán)保領域，具體涉及一種納米光催化防霧霾紗網。
背景技術：
近年來，隨著全球工業(yè)化進程的不斷加快，環(huán)境污染問題日趨嚴重，以PM2.5(空氣動力學尺寸小于2.5μm的顆粒)為特征的空氣細顆粒物的污染呈加劇態(tài)勢。空氣中的污染物的組成復雜，主要包含無機物質(如SiO2、SO42-和NOX等)和有機物質(如有機碳和元素碳等)，且來源主要是燃煤發(fā)電、工業(yè)生產及汽車尾氣排放，且具有多污染源疊加的復合型污染特性。PM2.5不僅會造成霧霾天氣的頻發(fā)，還會引發(fā)人體呼吸系統和心血管疾病，造成胎兒發(fā)育缺陷，引發(fā)充血性心力衰竭和肺癌等疾病，甚至會導致死亡。隨著人們物質生活水平的提高，人們越來越重視自身健康，空氣質量直接影響到人們的身體健康；由于室外空氣質量的整體下降，尤其在霧霾天氣，室內空氣質量也十分糟糕。因此，設計和制備能有效阻隔PM2.5同時具備分解催化空氣中有害物質的紗網具有極其重要的現實意義。
發(fā)明專利“一種納米微孔空氣凈化網及其制造方法(申請?zhí)?01410738430.3)”和“一種防霧霾紗網(申請?zhí)?01610414305.6)”均公布了防霧霾紗網，但其具有結構復雜、功能單一(無法阻止有毒氣體)和自潔效果差等缺點；發(fā)明專利“一種抗紫外線防霧霾紗網(申請?zhí)?01610414315.X)”公布了一種具有防霧霾和殺菌的紗網，但是二氧化鈦作為一種添加劑，分布在薄膜材料中，不是依附表面，因此具有催化效率低下的缺點。發(fā)明專利“一種防霧霾納米窗紗制作方法(申請?zhí)?01410272399.9)”公布了一種防霧霾納米窗紗制作方法，采用靜電紡絲技術制備聚酰胺納米纖維膜，表面噴涂納米二氧化鈦粒子，雖然實現了光催化和防霧霾的功效，但是表面噴涂納米二氧化鈦分布不均勻，并且其與基體的黏連性差，易脫落。
技術實現要素：
本發(fā)明針對現有技術的不足，提供了一種催化效果顯著、粘結性和過濾效果好的納米光催化防霧霾紗網。
本發(fā)明的目的是通過如下技術方案實現的：
一種納米光催化防霧霾紗網，是由以下步驟制得的：
(1)將高分子聚合物溶于溶劑，得紡絲液；
(2)將紡絲液通過靜電紡絲制備納米纖維膜；將納米纖維膜浸漬酸溶液中，靜置1-3h后取出，乙醇和去離子水交替洗滌2-5次，80-100℃烘干，得改性納米纖維膜；
(3)將改性納米纖維膜浸漬于二氧化鈦溶膠中，靜置10-15min取出，空氣中水解10-15min，重復浸漬、靜置和水解過程2-8次，制得包覆納米二氧化鈦的初品；
(4)將包覆納米二氧化鈦的初品置于馬弗爐中，以2-6℃/min的升溫速率，100-300℃烘干1-3h，然后400-500℃燒結0.5-1.5h，制得納米光催化防霧霾紗網。
所述改性納米纖維膜的厚度為100-600μm，所述包覆納米二氧化鈦的厚度為10-200nm。
所述高分子聚合物和溶劑的質量比為1-3：10。
所述高分子聚合物為聚酰胺酸、聚酰胺酰亞胺和聚對苯二甲酰對苯二胺中的一種。
所述溶劑為二甲基甲酰胺、四氫呋喃和N-甲基吡咯烷酮中的一種。
所述靜電紡絲的相關參數：推進速度為3-10μl/min，靜電壓為10-50kv，針頭與滾筒之間的距離為10-20cm，滾筒的轉速為200-500r/min，環(huán)境溫度為30±2℃。
所述酸溶液為硫酸溶液、硝酸溶液和三氟乙酸溶液中的一種，酸溶液的濃度為20-60％。
所述二氧化鈦溶膠是由以下方法制備得到的：
1)將去離子水和無水乙醇按照1：2-4的體積比混合，硝酸調節(jié)pH值至3-4，得溶液A；
2)將鈦酸丁酯和無水乙醇按照1：1-2的體積比混合，得溶液B；
3)室溫條件下，將溶液B以1-3滴/s的速度滴加至溶液A中，同時用恒溫磁力攪拌器進行劇烈攪拌3-8h，制成淡黃色透明的溶膠；然后在80-120℃條件下烘箱中干燥12-36h，即可制得二氧化鈦溶膠。
所述溶液A和溶液B的體積比為1：3-8。
本發(fā)明的有益效果：
1.本發(fā)明的納米光催化防霧霾紗網經高溫燒結制得表面包覆銳鈦礦結構納米TiO2薄膜的納米纖維，具有催化效果顯著、可有效分解有害物質和過濾效果好等優(yōu)點。
2.本發(fā)明的納米纖維膜通過酸溶液處理后表面變得比較粗糙，同時表面產生大量的羧基，在高溫條件下與納米二氧化鈦膜表面羥基鍵合，不易脫落。
3.本發(fā)明的納米二氧化鈦薄膜不僅可以有效保護納米纖維，延長紗網的使用壽命，同時具有很強的自清潔能力，方便紗網的清潔和使用。
4.本發(fā)明的納米二氧化鈦能夠在光的作用下將空氣中的甲醛、二氧化硫、氮化物等有害氣體，達到凈化空氣的目的。
具體實施方式
下面結合具體實施例對本發(fā)明做進一步說明。
實施例1
一種納米光催化防霧霾紗網，是由以下步驟制得的：
(1)將高分子聚合物溶于溶劑，得紡絲液；
(2)將紡絲液通過靜電紡絲制備納米纖維膜；將納米纖維膜浸漬酸溶液中，靜置1h后取出，乙醇和去離子水交替洗滌5次，100℃烘干，得改性納米纖維膜；
(3)將改性納米纖維膜浸漬于二氧化鈦溶膠中，靜置10min取出，空氣中水解15min，重復浸漬、靜置和水解過程2次，制得包覆納米二氧化鈦的初品；
(4)將包覆納米二氧化鈦的初品置于馬弗爐中，以6℃/min的升溫速率，100℃烘干3h，然后400℃燒結1.5h，制得納米光催化防霧霾紗網。
所述改性納米纖維膜的厚度為100μm，所述包覆納米二氧化鈦的厚度為10nm。
所述高分子聚合物和溶劑的質量比為3：10。
所述高分子聚合物為聚酰胺酸。
所述溶劑為N-甲基吡咯烷酮。
所述靜電紡絲的相關參數：推進速度為10μl/min，靜電壓為10kv，針頭與滾筒之間的距離為20cm，滾筒的轉速為200r/min，環(huán)境溫度為30±2℃。
所述酸溶液為硫酸溶液，濃度為60％。
所述二氧化鈦溶膠是由以下方法制備得到的：
1)將去離子水和無水乙醇按照1：2的體積比混合，硝酸調節(jié)pH值至3-4，得溶液A；
2)將鈦酸丁酯和無水乙醇按照1：1的體積比混合，得溶液B；
3)室溫條件下，將溶液B以3滴/s的速度滴加至溶液A中，同時用恒溫磁力攪拌器進行劇烈攪拌8h，制成淡黃色透明的溶膠；然后在120℃條件下烘箱中干燥12h，即可制得二氧化鈦溶膠。
所述溶液A和溶液B的體積比為1：3。
實施例2
一種納米光催化防霧霾紗網，是由以下步驟制得的：
(1)將高分子聚合物溶于溶劑，得紡絲液；
(2)將紡絲液通過靜電紡絲制備納米纖維膜；將納米纖維膜浸漬酸溶液中，靜置2h后取出，乙醇和去離子水交替洗滌4次，90℃烘干，得改性納米纖維膜；
(3)將改性納米纖維膜浸漬于二氧化鈦溶膠中，靜置13min取出，空氣中水解13min，重復浸漬、靜置和水解過程5次，制得包覆納米二氧化鈦的初品；
(4)將包覆納米二氧化鈦的初品置于馬弗爐中，以4℃/min的升溫速率，200℃烘干2h，然后450℃燒結1h，制得納米光催化防霧霾紗網。
所述改性納米纖維膜的厚度為400μm，所述包覆納米二氧化鈦的厚度為100nm。
所述高分子聚合物和溶劑的質量比為2：10。
所述高分子聚合物為聚酰胺酰亞胺。
所述溶劑為四氫呋喃。
所述靜電紡絲的相關參數：推進速度為6μl/min，靜電壓為30kv，針頭與滾筒之間的距離為15cm，滾筒的轉速為300r/min，環(huán)境溫度為30±2℃。
所述酸溶液為硝酸溶液，濃度為40％。
所述二氧化鈦溶膠是由以下方法制備得到的：
1)將去離子水和無水乙醇按照1：3的體積比混合，硝酸調節(jié)pH值至3-4，得溶液A；
2)將鈦酸丁酯和無水乙醇按照1：2的體積比混合，得溶液B；
3)室溫條件下，將溶液B以2滴/s的速度滴加至溶液A中，同時用恒溫磁力攪拌器進行劇烈攪拌5h，制成淡黃色透明的溶膠；然后在100℃條件下烘箱中干燥24h，即可制得二氧化鈦溶膠。
所述溶液A和溶液B的體積比為1：5。
實施例3
一種納米光催化防霧霾紗網，是由以下步驟制得的：
(1)將高分子聚合物溶于溶劑，得紡絲液；
(2)將紡絲液通過靜電紡絲制備納米纖維膜；將納米纖維膜浸漬酸溶液中，靜置3h后取出，乙醇和去離子水交替洗滌2次，80℃烘干，得改性納米纖維膜；
(3)將改性納米纖維膜浸漬于二氧化鈦溶膠中，靜置15min取出，空氣中水解10min，重復浸漬、靜置和水解過程8次，制得包覆納米二氧化鈦的初品；
(4)將包覆納米二氧化鈦的初品置于馬弗爐中，以2℃/min的升溫速率，300℃烘干1h，然后500℃燒結0.5h，制得納米光催化防霧霾紗網。
所述改性納米纖維膜的厚度為600μm，所述包覆納米二氧化鈦的厚度為200nm。
所述高分子聚合物和溶劑的質量比為1：10。
所述高分子聚合物為聚對苯二甲酰對苯二胺。
所述溶劑為二甲基甲酰胺。
所述靜電紡絲的相關參數：推進速度為3μl/min，靜電壓為50kv，針頭與滾筒之間的距離為10cm，滾筒的轉速為500r/min，環(huán)境溫度為30±2℃。
所述酸溶液為三氟乙酸溶液，濃度為20％。
所述二氧化鈦溶膠是由以下方法制備得到的：
1)將去離子水和無水乙醇按照1：4的體積比混合，硝酸調節(jié)pH值至3-4，得溶液A；
2)將鈦酸丁酯和無水乙醇按照1：1的體積比混合，得溶液B；
3)室溫條件下，將溶液B以滴/s的速度滴加至溶液A中，同時用恒溫磁力攪拌器進行劇烈攪拌3h，制成淡黃色透明的溶膠；然后在80℃條件下烘箱中干燥36h，即可制得二氧化鈦溶膠。
所述溶液A和溶液B的體積比為1：8。
對比例1
一種納米光催化防霧霾紗網，是由以下步驟制得的：
(1)將高分子聚合物溶于溶劑，得紡絲液；
(2)將紡絲液通過靜電紡絲制備納米纖維膜，乙醇和去離子水交替洗滌4次，90℃烘干，得納米纖維膜；
(3)將納米纖維膜浸漬于二氧化鈦溶膠中，靜置13min取出，空氣中水解13min，重復浸漬、靜置和水解過程5次，制得包覆納米二氧化鈦的初品；
(4)將包覆納米二氧化鈦的初品置于馬弗爐中，以4℃/min的升溫速率，200℃烘干2h，然后450℃燒結1h，制得納米光催化防霧霾紗網。
所述納米纖維膜的厚度為400μm，所述包覆納米二氧化鈦的厚度為100nm。
所述高分子聚合物和溶劑的質量比為2：10。
所述高分子聚合物為聚酰胺酰亞胺。
所述溶劑為四氫呋喃。
所述靜電紡絲的相關參數：推進速度為6μl/min，靜電壓為30kv，針頭與滾筒之間的距離為15cm，滾筒的轉速為300r/min，環(huán)境溫度為30±2℃。
所述二氧化鈦溶膠是由以下方法制備得到的：
1)將去離子水和無水乙醇按照1：3的體積比混合，硝酸調節(jié)pH值至3-4，得溶液A；
2)將鈦酸丁酯和無水乙醇按照1：2的體積比混合，得溶液B；
3)室溫條件下，將溶液B以2滴/s的速度滴加至溶液A中，同時用恒溫磁力攪拌器進行劇烈攪拌5h，制成淡黃色透明的溶膠；然后在100℃條件下烘箱中干燥24h，即可制得二氧化鈦溶膠。
所述溶液A和溶液B的體積比為1：5。
對比例2
一種納米光催化防霧霾紗網，是由以下步驟制得的：
(1)將高分子聚合物溶于溶劑，得紡絲液；
(2)將紡絲液通過靜電紡絲制備納米纖維膜，乙醇和去離子水交替洗滌4次，90℃烘干，得納米纖維膜；
(3)在納米纖維膜表面噴涂一層納米二氧化鈦水溶液，90℃烘干，重復噴涂和烘干5次，制得納米光催化防霧霾紗網。
所述納米纖維膜的厚度為400μm，所述包覆納米二氧化鈦的厚度為100nm。
所述高分子聚合物和溶劑的質量比為2：10。
所述高分子聚合物為聚酰胺酰亞胺。
所述溶劑為四氫呋喃。
所述納米二氧化鈦水溶液的濃度為30％；
所述靜電紡絲的相關參數：推進速度為6μl/min，靜電壓為30kv，針頭與滾筒之間的距離為15cm，滾筒的轉速為300r/min，環(huán)境溫度為30±2℃。
防霧霾試驗
將實施例1-3和對比例1-2的納米光催化防霧霾紗網在氣流速度為2.83L/min時，測定對粒徑為2.5μm、1.5μm、0.5μm的微小顆粒物及氣體中二氧化硫、氮氧化物和甲醛的過濾效率；放置180天后繼續(xù)測定對粒徑為2.5μm、1.5μm、0.5μm的微小顆粒物及氣體中二氧化硫、氮氧化物和甲醛的過濾效率，結果如表1所示。
表1過濾效率試驗結果
以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內，根據本發(fā)明的技術方案及其發(fā)明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。