一种光催化抗菌和除甲醛功能性织物及其制备方法与流程

本发明涉及功能性织物制备，具体涉及一种光催化抗菌和除甲醛功能性织物及其制备方法。

背景技术：

1、目前，人们对于健康和安全的关注度不断提升，生活中可持续性的环保、无醛、抗菌、抗病毒等问题越来越受到重视。室内装修、汽车内饰等持续释放甲醛等有害气体，长期的甲醛吸入会对人体健康产生危害，此外，家居用品中的地毯、沙发、墙布、窗帘等易滋生细菌、真菌等病原微生物。因此，对于室内纺织品，除其基本作用需求外，还对其抗菌和除甲醛等功能性需求日益增加。光催化技术由于环保、无二次污染等优点已经被广泛地应用到医疗卫生、家居生活等的空气净化领域，将光催化剂和织物耦合制备功能性织物使织物以兼具抗菌和除甲醛等净化功能具有重要意义。

2、光催化剂是光催化技术的核心，氮化碳材料因其禁带宽度和半导体带边位置能够满足光催化转化的热力学要求，且具有热稳定性和化学稳定性良好、来源丰富且制备工艺简单等优点在光催化领域得到了广泛应用。然而其光生电子-空穴复合快、量子效率低等缺陷在一定程度上限制了它的应用，因此对氮化碳材料的改性也成为热点。目前，通常采用非金属对氮化碳材料进行改性，但对其进行非金属掺杂所采用的前驱体较为复杂，且非金属元素掺杂量难以可控调节。如中国专利申请cn112473713a公开了一种用于光催化分解水产氢的硫掺杂晶体氮化碳及其制备方法和应用，采用组分复杂的三聚硫氰酸作为硫源，在制备过程中，硫挥发造成硫原子不能完全掺杂进入氮化碳结构中，且其掺杂量难以精确调控。cn112295586a公开了一种新型的磷硫共掺杂氮化碳纳米材料、其制备方法及其应用，采用硫脲和三磷酸脲苷分别作为硫源和磷源，在焙烧和溶剂热过程中硫和磷从体系内溢出，使得前驱体中的硫、磷原子不能完全掺杂进入氮化碳结构中，且其共掺杂量难以精确调控。另外，氮化碳为无机材料，其与织物的亲和力低，耐水洗性能差，如何将氮化碳光催化剂与织物结合，也是亟待解决的问题。如中国专利申请公开了一种光催化自清洁防紫外织物的制备方法，其特征在于，将含氮化合物溶液、碱剂、蒸馏水超声混合，依次经烘干、研磨、煅烧后，得到改性介孔氮化碳；将金属盐溶液逐滴滴入改性介孔氮化碳分散液中，搅拌至溶剂挥发，将固体干燥，煅烧后，得到金属离子掺杂改性介孔氮化碳；将其与tio2溶胶、硅溶胶混合分散，将织物浸渍于该混合分散液中，预烘，再汽蒸，之后干燥，得到光催化自清洁防紫外织物，该方法通过溶胶-凝胶法将光催化剂与织物结合，制备方法复杂；中国专利申请cn111790421a公开了一种石墨相氮化碳改性织物可见光催化剂的一步法制备方法，包括步骤：将尿素和过渡金属盐混合后，在70～90℃加热处理1～2h，即得改性液；将织物置于改性液中，在180～240℃下加热反应12～36h，即得石墨相氮化碳改性织物可见光催化剂，该方法制备时间长，且制备温度高，不适用于耐热性低的织物。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供了一种光催化抗菌和除甲醛功能性织物及其制备方法。

2、本发明采用的技术解决方案是：

3、本发明提供了一种光催化抗菌和除甲醛功能性织物的制备方法，包括步骤：

4、(1)制备氮化碳前驱体：将含碳、氮试剂置于坩埚中，在200～400℃下焙烧1～5h，制得未充分发生聚合反应的氮化碳前驱体；

5、(2)制备非金属掺杂氮化碳：将步骤(1)所制备的氮化碳前驱体与非金属元素单质混合并置于研钵中研磨均匀，然后将研磨后的混合物置于密封玻璃管中，在300～700℃下焙烧1～5h，制得非金属掺杂氮化碳光催化剂；

6、(3)制备织物整理剂：将步骤(2)所制备的非金属掺杂氮化碳光催化剂分散于分散剂中，制得织物整理剂；

7、(4)制备功能性织物：将织物浸渍于步骤(3)所制备的织物整理剂中，超声浸渍3～12h，然后取出并烘干，得到功能性织物。

8、进一步地，所述步骤(1)中含碳、氮试剂为尿素、单氰胺、双氰胺、三聚氰胺中的至少一种。

9、进一步地，所述步骤(2)中非金属元素单质为升华硫、碘、硒中的至少一种。

10、进一步地，所述步骤(2)中非金属元素单质的加入量为氮化碳前驱体质量的0.5～5％，优选为1～3％。

11、进一步地，所述步骤(3)中分散剂为甲醇、乙醇、水中的至少一种。

12、进一步地，所述步骤(3)中织物整理剂的质量浓度为0.1～5％，优选为0.5～3％。

13、本发明还提供一种光催化抗菌和除甲醛功能性织物，利用上述方法制备得到。

14、另外，为便于更好地理解本发明的技术方案，对其技术原理进行说明：

15、第一方面，本发明利用密闭容器将非金属元素掺杂至氮化碳前驱体中，非金属元素单质在反应过程中无外溢，能保证所加入的非金属元素完全掺杂至氮化碳前驱体中，从而实现定量可控掺杂；而且本申请在掺杂非金属元素之前，还进行氮化碳初步聚合，能够避免在掺杂金属元素过程中氮化碳聚合时释放过量的气体导致密闭容器爆炸；

16、第二方面，本发明的非金属掺杂氮化碳光催化剂，将非金属元素硫、碘、硒掺杂至氮化碳内，使非金属掺杂氮化碳光催化剂在溶液中更容易质子化，该质子化的片层结构催化材料与织物纤维通过静电相互作用、氢键作用结合具有较好的结合牢度，并可以充分暴露光催化剂的活性位点。以棉织物为例，棉纤维上的-oh基团与非金属元素掺杂氮化碳表面的-h之间通过较强的静电相互作用、氢键作用结合而具有较好的结合牢度，使得非金属元素掺杂氮化碳可以牢固的锚定在棉纤维表面，从而制得具有光催化抗菌和除甲醛功能的织物，且织物表面的光催化剂与织物结合牢固。

17、本发明的有益效果为：

18、(1)本发明所提供的一种光催化抗菌和除甲醛功能性织物及其制备方法，其光催化剂在制备过程中采用密闭容器，非金属元素单质在反应过程中无外溢，能保证所加入的非金属元素完全掺杂至氮化碳前驱体中，从而实现定量可控掺杂，且光催化性能显著提高；

19、(2)本发明所提供的一种光催化抗菌和除甲醛功能性织物及其制备方法，将非金属元素硫、碘、硒掺杂至氮化碳内，能够使光催化剂在溶液中更容易质子化，该质子化的片层结构催化材料与织物纤维通过静电相互作用、氢键作用结合具有较好的结合牢度，且光催化剂附着在织物表面，可以充分暴露光催化剂的活性位点，从而制得具有光催化抗菌和除甲醛功能的织物，且织物表面的光催化剂与织物结合牢固。

技术特征：

1.一种光催化抗菌和除甲醛功能性织物的制备方法，其特征在于，包括步骤：

2.根据权利要求1所述的一种光催化抗菌和除甲醛功能性织物的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中含碳、氮试剂为尿素、单氰胺、双氰胺、三聚氰胺中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的一种光催化抗菌和除甲醛功能性织物的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中非金属元素单质为升华硫、碘、硒中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的一种光催化抗菌和除甲醛功能性织物的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中非金属元素单质的加入量为氮化碳前驱体质量的0.5～5％。

5.根据权利要求1所述的一种光催化抗菌和除甲醛功能性织物的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中分散剂为甲醇、乙醇、水中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的一种光催化抗菌和除甲醛功能性织物的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中织物整理剂的质量浓度为0.1～5％。

7.一种光催化抗菌和除甲醛功能性织物，其特征在于，利用权利要求1-6任一项所述的方法制备得到。

技术总结本发明公开了一种光催化抗菌和除甲醛功能性织物及其制备方法，制备方法包括步骤：(1)将含碳、氮试剂置于坩埚中，在200～400℃下焙烧1～5h，制得未充分发生聚合反应的氮化碳前驱体；(2)将步骤(1)所制备的氮化碳前驱体与非金属元素单质混合并置于研钵中研磨均匀，然后将研磨后的混合物置于密封玻璃管中，在300～700℃下焙烧1～5h，制得非金属掺杂氮化碳光催化剂；(3)将步骤(2)所制备的非金属掺杂氮化碳光催化剂分散于分散剂中，制得织物整理剂；(4)将织物浸渍于步骤(3)所制备的织物整理剂中，超声浸渍3～12h，然后取出并烘干，得到功能性织物。本发明能实现非金属元素定量掺杂至氮化碳中，且光催化剂能够与织物表面结合牢固。技术研发人员：王晓涵,刘春国,付刚,韩光亭,朱玉坤,姜伟,孙传芳,李苏红,宋立召,赵松,王晓菲,焦海峰,王世星受保护的技术使用者：山东恒丰新型纱线及面料创新中心有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/12