具有光催化活性的聚合物基光催化材料的制備方法及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光催化材料技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種具有光催化活性的聚合物基光催 化材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，人們?cè)诃h(huán)境污染的防治方面開展了深入的研究。光催化材料利用可再生 和無污染的太陽能來處理污染物，能完全礦化污染物，最終產(chǎn)物無毒，并且能在常溫常壓的 溫和條件下降解污染物，因此在空氣凈化、污水純化、抗菌防霉、環(huán)境治理方面發(fā)揮著至關(guān) 重要的作用。但是二氧化鐵通常W粉體形式存在，難成型，光催化反應(yīng)后回收困難，使用范 圍受到極大限制，因此，制備可成型的光催化材料具有極高的應(yīng)用價(jià)值。其中，制備負(fù)載于 其他基體材料表面的光催化涂層是一種重要的實(shí)現(xiàn)方式。目前，用于制備二氧化鐵光催化 涂層的基體材料多為無機(jī)或金屬材料，對(duì)聚合物基二氧化鐵光催化涂層的研究極少，原因 在于W下幾點(diǎn)：（1)由于聚合物材料與二氧化鐵粒子的表面極性差異，很難在聚合物基材 表面制備附著力良好的光催化涂層；（2)聚合物基材在光催化反應(yīng)過程中的結(jié)構(gòu)保護(hù)成為 關(guān)鍵技術(shù)難題，需防止光催化降解污染物的同時(shí)降解聚合物基材。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有梯度結(jié)構(gòu)且具有高光催化活 性的聚合物基光催化材料的制備方法。
[0004] 本發(fā)明的目的由W下技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)，其中所述原料份數(shù)除特殊說明外，均為重量 份數(shù)。 陽〇化]一種具有光催化活性的聚合物基光催化材料的制備方法，其步驟包括： 陽006] (1)取二氧化鐵粒子0. 5-5份，無水甲苯15-300份加入單口燒瓶中，經(jīng)超聲波在 250-1000瓦的功率下處理5-15分鐘充分分散；
[0007] 似再向單口燒瓶中加入化化甜，甜-全氣辛基S乙氧基硅烷0. 1-1. 5份，60°C 磁力攬拌下反應(yīng)4-6小時(shí)，過濾后將濾渣在50°C下真空干燥24小時(shí)，獲得表面氣化處理的 納米二氧化鐵粒子；
[0008] (3)將殼聚糖溶解在體積濃度為1 %的乙酸水溶液中得到質(zhì)量濃度為2-5%的殼 聚糖溶液；
[0009] (4)取3-縮水甘油基氧丙基=甲氧基硅烷30-50份，水15-30份，無水乙醇15-30 份倒入單口燒瓶中，用2 %稀鹽酸調(diào)整抑值至4-6,60°C磁力攬拌下反應(yīng)4-6小時(shí)，過濾后 得到的濾液為娃溶膠I;
[0010] 妨將3-5份娃溶膠I與120-200份步驟做制得的殼聚糖溶液混合，80°C磁力攬 拌下反應(yīng)4小時(shí)，冷卻至室溫，再用30-50份無水乙醇稀釋后，涂覆在聚合物基材上，涂膜后 室溫表干，再將聚合物基材置于真空中50°C下干燥24小時(shí)；
[0011] (6)取30-50份正娃酸乙醋、50-70份3-縮水甘油基氧丙基S甲氧基硅烷、30-60 份無水乙醇和10-30份水倒入單口燒瓶中，用2%稀鹽酸調(diào)整抑值至5-6,60°C磁力攬拌下 反應(yīng)4-6小時(shí)，過濾后得到娃溶膠II;
[0012] (7)將0. 01-0. 05份步驟（2)制得的表面氣化處理的納米二氧化鐵粒子加入到10 份2-下酬中，超聲分散均勻；
[001引 做取5份步驟（7)制得的混合液加入25份步驟（6)制得的娃溶膠II中，超聲分 散均勻；再涂覆在步驟（5)處理得到的聚合物基材上，涂膜后室溫表干，再置于真空中50°C 下干燥24小時(shí)，即得到本發(fā)明具有光催化活性的聚合物基光催化材料。
[0014] 作為優(yōu)化，步驟（1)中所述二氧化鐵粒子在100-120°C下干燥2-5小時(shí)；
[0015] 作為優(yōu)化，步驟巧）中，所述聚合物基材為聚乳酸、聚己內(nèi)醋、聚對(duì)苯二甲酸乙二 醇醋、聚碳酸醋等；
[0016] 作為優(yōu)化，步驟巧）中，所述聚合物基材為厚度200-300ym的聚合物薄膜；
[0017] 作為優(yōu)化，步驟（1)中，所述二氧化鐵粒子是銳鐵型，粒徑為10-30納米；
[0018] 作為優(yōu)化，步驟（5)和/或（8)中，所述涂覆可采用旋涂、浸涂和/或噴涂法；
[0019] 作為優(yōu)化，所述超聲波頻率范圍20-50曲Z，功率250-1000W;
[0020] 本發(fā)明所述具有光催化活性的聚合物基光催化材料作為紫外處理污染物降解催 化劑的應(yīng)用。
[0021] 本發(fā)明所述具有光催化活性的聚合物基光催化材料在有效波長(zhǎng)范圍內(nèi)能有效降 解的污染物為乙締、甲醒、甲基澄、苯酪和/或苯。
[0022] 本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：1.聚合物薄膜易加工成型且外觀多樣，光催化涂層涂覆后 解決了二氧化鐵粉體難成型的問題，拓展了光催化材料的應(yīng)用范圍，對(duì)光催化材料的實(shí)際 應(yīng)用和開發(fā)具有深遠(yuǎn)意義；2.通過制備梯度涂層，使大部分二氧化鐵粒子聚集于涂層的最 頂層，增大了二氧化鐵與污染物的接觸幾率，增強(qiáng)了光催化活性，同時(shí)由于阻隔層的存在提 高了基材的穩(wěn)定性；3.光催化聚合物薄膜的涂覆簡(jiǎn)單，可采用旋涂、浸涂和噴涂法實(shí)現(xiàn)。采 用本發(fā)明方法制備得到的聚合物薄膜材料，在紫外光照射下具有光催化活性，能有效降解 有機(jī)污染物。
【附圖說明】
[0023] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例橫截面的掃描電子顯微鏡照片；
[0024] 圖2為聚合物與本發(fā)明實(shí)施例的水接觸角照片； 陽0巧]其中a為聚合物基材，b為本發(fā)明實(shí)施例；
[00%]圖3為本發(fā)明實(shí)施例聚合物基催化薄膜在光催化循環(huán)次數(shù)與降解率關(guān)系圖。 具體實(shí)施例
[0027] 下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體描述，有必要在此指出的是本實(shí)施例只用于對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明，不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，該領(lǐng)域的技術(shù)熟練人員可W根據(jù)上述發(fā)明的內(nèi)容作出一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整。 陽0測(cè) 實(shí)施例1
[0029] 一種具有光催化活性的聚合物基光催化材料的制備方法，其步驟包括：
[0030] (1)先將二氧化鐵粒子在120°c下干燥2小時(shí)；
[0031] (2)取步驟（1)處理好的二氧化鐵粒子1. 5份，無水甲苯100份加入單口燒瓶中， 經(jīng)超聲波在250-500瓦的功率下處理10-15分鐘充分分散； 陽0巧 做再向單口燒瓶中加入化化2H，甜-全氣辛基S乙氧基硅烷0. 5份，60°C磁力 攬拌下反應(yīng)4小時(shí)，使用砂忍漏斗過濾后，將濾渣在50°C下真空干燥24小時(shí)，獲得表面氣化 處理的納米二氧化鐵粒子；
[0033] (4)將殼聚糖溶解在體積濃度為1 %的乙酸水溶液中得到質(zhì)量濃度為2 %的殼聚 糖溶液；
[0034] (5)取3-縮水甘油基氧丙基=甲氧基硅烷30份，水20份，無水乙醇20份倒入單 口燒瓶中，用質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為2%的稀鹽酸調(diào)整pH值至4-6,60°C磁力攬拌下反應(yīng)4小時(shí)，過 濾后得到的濾液為娃溶膠I;
[00對(duì) （6)將3份娃溶膠I與120份步驟（4)制得的殼聚糖溶液混合，80°C磁力攬拌下反 應(yīng)4小時(shí)，冷卻至室溫，再用30份無水乙醇稀釋后，涂覆在厚度為200-300ym的聚合物薄 膜上，涂膜后室溫表干，再將聚合物基材置于真空中50°C下干燥24小時(shí)；
[0036] (7)取30份正娃酸乙醋、50份3-縮水甘油基氧丙基S甲氧基硅烷、30份無水乙醇 和10份水倒入單口燒瓶中，用質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為2%稀鹽酸調(diào)整抑值至5,60°C磁力攬拌下反 應(yīng)4小時(shí)，過濾后得到娃溶膠II;
[0037] 做將0. 01份步驟做制得的表面氣化處理的納米二氧化鐵粒子加入到10份 2-下酬中，超聲分散均勻；
[0038] (8)取5份步驟（8)制得的混合液加入25份娃溶膠II中，超聲分散均勻；再涂覆 在步驟（6)處理得到的聚合物薄膜上，涂膜后室溫表干，再置于真空中50°C下干燥24小時(shí)， 即得到本發(fā)明具有光催化活性的聚合物基光催化材料。
[0039] 作為優(yōu)選，步驟化）中所述聚合物為聚乳酸、聚己內(nèi)醋、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇醋和 /或聚碳酸醋；
[0040] 作為優(yōu)選，步驟（1)中，所述二氧化鐵粒子是銳鐵型，粒徑為20-30納米；
[0041] 作為優(yōu)選，步驟（6)和/或巧）中，所述涂覆可采用旋涂、浸涂和/或噴涂法；
[0042] 作為優(yōu)選，所述超聲波頻率范圍20-30曲Z，功率250-500W。 柳43] 實(shí)施例2
[0044] 一種具有光催化活性的聚合物基光催化材料的制備方法，其步驟包括： W45] (1)先將二氧化鐵粒子在ll〇°C下干燥3小時(shí)；
[0046] (2)取步驟（1)處理好的二氧化鐵粒子2份，無水甲苯200份加入單口燒瓶中，經(jīng) 超聲波在500-750瓦的功率下處理8-12分鐘充分分散；
[0047] 做再向單口燒瓶中加入化化2H，甜-全氣辛基S乙氧基硅烷1份，60°C磁力攬 拌下反應(yīng)5小時(shí)，使用砂忍漏斗過濾后，將濾渣在50°C下真空干燥24小時(shí)，獲得表面氣化處 理的納米二氧化鐵粒子； W48] (4)將殼聚糖溶解在體積濃度為1%的乙酸水溶液中得到質(zhì)量濃度為3%的殼聚 糖溶液；
[0049] (5)取3-縮水甘油基氧丙基=甲氧基硅烷40份，水25份，無水乙醇20份倒入單 口燒瓶中，用質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為2%稀鹽酸調(diào)整抑值至4-6,60°C磁力攬拌下反應(yīng)4小時(shí)，過濾 后得到的濾液為娃溶膠I;
[0050] (6)將3-5份娃溶膠I與180份步驟（4)制得的殼聚糖溶液混合，80°C磁力攬拌下 反應(yīng)4小時(shí)，冷卻至室溫，再用40份無水乙醇稀釋后，涂覆在厚度為200-300ym的聚合物 薄膜上，涂膜后室溫表干，再將聚合物基材置于真空中50°C下干燥24小時(shí)；
[0051] (7)取35份正娃酸乙醋、60份3-縮水甘油基氧丙基=甲氧基硅烷、45份無水乙醇 和15份水倒入單口燒瓶中，用質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為2%稀鹽酸調(diào)整抑值至6,60°C磁力攬拌下反 應(yīng)5小時(shí)，過濾后得到娃溶膠II; 陽05引 做將0. 03份步驟做制得的表面氣化處理的納米二氧化鐵粒子加入到10份 2-下酬中，超聲分散均勻；
[005引 做取5份步驟做制得的混合液加入25份娃溶膠II中，超聲分散均勻巧涂覆 在步驟（6)處理得到的聚合物薄膜上，涂膜后室溫表干，再置于真空中50°C下干燥24小時(shí)， 即得到本發(fā)