活性炭光敏復(fù)合纖維用于溢油清洗

　　溢油對(duì)開闊水域的污染日益嚴(yán)重，一直是研究油污清潔技術(shù)的驅(qū)動(dòng)力之一。由收獲可見光光譜能量的有機(jī)物的光催化分解提供了控制油溢出污染的一種獨(dú)特方式。本次的內(nèi)容涉及制備具有大表面積的功能性復(fù)合活性炭纖維用于溢油清洗。復(fù)合纖維由光敏氧化物顆粒和活性炭組成。它是通過共紡聚合物和金屬化合物制成的。在高溫?zé)崽幚砗�，得到含有氧化物顆粒的活性炭纖維。

　　復(fù)合碳纖維的形態(tài)

　　首先通過反應(yīng)紡絲制備含TiO2顆粒的活性炭纖維，通過在含氮?dú)夥罩械母邷靥幚韥磉M(jìn)行粒子的摻雜。然后，將復(fù)合活性炭用載玻片或鋁板固定，形成吸油試驗(yàn)片。通過SEM檢查含有氧化鈦顆粒的復(fù)合活性炭。從圖1a可以看出，氧化物納米顆粒嵌入到微米和納米纖維的活性炭中。納米粒子不是簇狀的。相反，可以發(fā)現(xiàn)納米顆粒在纖維中的分布非常均勻。還研究了增加顆粒負(fù)載劑量。氧化物顆粒形成前體的濃度是影響所制備材料最終形態(tài)的重要參數(shù)。在圖1b中，碳纖維的尺寸發(fā)生了顯著變化。這表明加工參數(shù)會(huì)影響熱處理纖維的形態(tài)。

　　圖1：不同尺寸的氧化物顆粒/纖維(a)和復(fù)合纖維(b)的SEM圖像。

　　復(fù)合活性炭纖維的光敏性

　　對(duì)含二氧化鈦的碳纖維復(fù)合材料進(jìn)行了光敏性測(cè)試。熒光燈管用于產(chǎn)生可見光。電化學(xué)工作站用于記錄光子電壓響應(yīng)數(shù)據(jù)。將復(fù)合碳纖維置于透明載玻片上，并使用鋁箔條形成導(dǎo)電路徑。將光源控制為“開”5秒，然后“關(guān)”5秒。得到的測(cè)試結(jié)果如圖2所示。曲線如圖2，發(fā)現(xiàn)該纖維樣品所具有半導(dǎo)體行為。當(dāng)可見燈泡切換到“開”位置時(shí)，光照導(dǎo)致陽極產(chǎn)生電子，電壓變得更負(fù)。然而，當(dāng)燈“關(guān)閉”時(shí)，發(fā)現(xiàn)電壓出現(xiàn)正浪涌，如圖2a所示。這種n型行為與在活性炭化纖維中添加鈷摻雜的鈦基氧化物顆粒有關(guān)。如果沒有鈷此外，光敏性是沒有那么強(qiáng)，如圖2陽極處的光子感應(yīng)電壓不是那么穩(wěn)定，這也顯示在圖2b中，基線漂移較大。

　　圖2：含鈦酸鈷(II)顆粒的復(fù)合活性炭(a)和含二氧化鈦顆粒的復(fù)合碳纖維(b)的開路電壓。

　　活性炭對(duì)溢油的清潔性能

　　為了評(píng)估活性炭納米纖維樣品的溢油清潔性能，進(jìn)行了植物油的去除。植物油的吸收結(jié)果如圖3所示。檢查了各種樣品中油的時(shí)間依賴性潤濕性。在六個(gè)樣品上設(shè)置油滴，包括兩個(gè)鈦箔條(純鈦和具有納米管表面涂層的鈦)，兩個(gè)活性炭樣品(熱處理前的和熱處理后的)，以及兩個(gè)載玻片作為對(duì)照樣品。六種測(cè)試材料的吸油行為隨時(shí)間而變化。在圖3中a，b，六個(gè)試樣按以下相同順序排列。從最上面看，它是純鈦樣品。純鈦之后是熱處理的二氧化鈦納米管樣品。然后逆時(shí)針，可以找到白色未經(jīng)熱處理的二氧化鈦納米纖維樣品。熱處理的鈦酸鈷(II)納米纖維呈現(xiàn)淡綠色。其余的標(biāo)本是干凈的載玻片。在圖3a中，可以看出油在經(jīng)過熱處理的活性炭納米纖維樣品上的擴(kuò)散最多。油滴立即被活性炭納米纖維吸收。在干凈的玻璃杯上，油滴完好無損。在圖3b，更明顯地表明，經(jīng)過熱處理的活性炭納米纖維樣品油擴(kuò)散得最多，其次是鈦納米管樣品、未熱處理的二氧化鈦納米纖維樣品、純鈦，最后是干凈的玻璃。

　　圖3：暴露在陽光下10分鐘(a)和暴露20分鐘(b)后載玻片上的油滴照片。

　　根據(jù)上述圖3a、b中的照片顯示的結(jié)果，可以得出結(jié)論，含二氧化鈦的活性炭樣品具有良好的吸油和清潔能力。該纖維還擅長去除油脂。在每次測(cè)量后的六個(gè)測(cè)試樣品中，油散布最多的是活性炭樣品。這種行為有利于清潔油。它也可用于生物消毒，因?yàn)槎�氧化鈦已被廣泛用作消毒劑。這種復(fù)合活性炭不僅用于最初提出的溢油清潔，而且還用作可穿戴技術(shù)以及微型和納米機(jī)器人的原材料。

　　在圖4中，顯示了使用數(shù)碼相機(jī)拍攝的兩張照片。從照片中可以看出，兩片載有鈦金屬氧化物顆粒的活性炭墊被放置在一張藍(lán)色紙上。墊子由相同的含有鈦酸鈷(II)顆粒的活性炭制成。照片的左側(cè)顯示了直徑為8毫米的水滴停留在復(fù)合碳纖維墊上，沒有任何潤濕纖維。圖片右側(cè)顯示，一滴溢出的油滴瞬間被纖維毛吸收，在陽光下逐漸被去除。這揭示了復(fù)合活性炭纖維的疏水和親油行為。

　　圖4：顯示活性炭復(fù)合纖維疏水和親油行為的照片。

　　活性炭光敏復(fù)合纖維用于溢油清洗，這種活性炭復(fù)合纖維由氧化物顆粒加活性炭組成。含有鈦酸鈷(II)顆粒的活性炭復(fù)合纖維表現(xiàn)出感光性能。發(fā)現(xiàn)共靜電紡聚合物和產(chǎn)生氧化物的物質(zhì)可以促進(jìn)產(chǎn)生的顆粒在活性炭中的均勻分散。該纖維還表現(xiàn)出吸油和清潔所需的高表面積。具體而言，二氧化鈦納米粒子通過靜電紡絲過程中有機(jī)金屬化合物的水解原位制備。鈦酸鈷(II)顆粒在保護(hù)氣氛中的高溫退火過程中原位生成。活性炭復(fù)合纖維墊在可見光譜中表現(xiàn)出光敏性。由于疏水和親油行為，活性炭復(fù)合纖維墊在溢出的油吸收和清潔方面是有效的。

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