[發明專利]異核金屬酞菁鈷鋅/納米二氧化鈦復合薄膜及制備方法

無效

• 申請號: 200910116031.2
• 申請日: 2009-01-09
• 公開（公告）號: CN101462073A
• 公開（公告）日: 2009-06-24
• 發明（設計）人: 史成武;桃李;劉清安;張志海;夏梅
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: B01J31/22
• 分類號: B01J31/22;B01J21/06;C02F1/30
• 代理公司: 合肥金安專利事務所
• 代理人: 金惠貞

技術領域

本發明涉及一種對降解廢水有機物在可見光和黑暗條件下均具有高催化活性的納米二氧化鈦復合薄膜，確切地說是一種異核金屬酞菁鈷鋅/納米二氧化鈦復合薄膜。

背景技術

在眾多的環境廢水處理方法中，光催化技術是二十世紀七十年代逐漸發展起來的一門具有廣闊應用前景的水污染處理技術。繼1972年Fujishima發現二氧化鈦半導體在紫外光照射下可以分解水的現象后，因其安全無毒、化學性質穩定等優點逐漸發展成為環境治污領域最具開發前途的環保型光催化材料。然而，二氧化鈦(銳鈦礦)禁帶寬度為3.2eV，只能吸收＜380nm紫外光，而這部分光不到太陽光的10％。因此，光催化效率低和粉體二氧化鈦難于回收成為二氧化鈦實際應用的需解決的關鍵問題。

金屬酞菁是具有高度共軛的π-電子體系的平面大分子，且有良好的光、熱穩定性，在320～370nm，600～800nm范圍有強吸收；同時，金屬酞菁鈷和其衍生物具有良好的催化活性，表現于其中心金屬對分子氧的還原作用，因此金屬酞菁被廣泛應用于催化劑、光電池等諸多領域，被稱為二十一世紀的新材料。將金屬酞菁作為光敏劑固載于二氧化鈦上，可拓寬二氧化鈦光譜響應范圍，進一步提高其催化活性。涉及金屬酞菁敏化二氧化鈦和二氧化鈦的固定化的研究較多，而關于將異核金屬酞菁鈷鋅固載于納米二氧化鈦薄膜上形成復合薄膜催化劑的研究還未有報道。

發明內容

本發明旨在提供一種工藝簡單，穩定性高，可回收再利用，對降解廢水有機物在可見光和黑暗條件下均具有高催化活性的納米二氧化鈦復合薄膜。

具體的技術解決方案如下：

異核金屬酞菁鈷鋅/納米二氧化鈦復合薄膜包括納米二氧化鈦薄膜，所述納米二氧化鈦薄膜上均勻固載有異核金屬酞菁鈷鋅；

所述異核金屬酞菁鈷鋅的中心金屬元素為二價鈷和二價鋅，異核金屬酞菁鈷鋅酞菁環上的R取代基為磺酸基或羧基，其結構為

異核金屬酞菁鈷鋅/納米二氧化鈦復合薄膜的制備方法包括以下操作步驟：

第一步，將3g?4-磺酸鄰苯二甲酸三鹽或2g偏苯三甲酸鹽，0.8g氯化鈷，0.7g均苯四甲酸酐，0.03g鉬酸銨和約8g尿素均勻混合，在240℃反應2小時后，得到藍黑色固體產物(a)；

第二步，稱取3g固體產物(a)，氯化鋅0.2g，鉬酸銨0.02g，尿素8g均勻混合，在240℃反應2～4小時，得到藍綠色固體產物，即異核金屬酞菁鈷鋅；

第三步，將異核金屬酞菁鈷鋅配制成3～5×10^-4mol·L^-1的水溶液；

第四步，將納米二氧化鈦薄膜浸入3～5×10^-4mol·L^-1的異核酞菁鈷鋅水溶液中，浸漬時間為24小時，用蒸餾水沖洗，晾干即得異核金屬酞菁鈷鋅/納米二氧化鈦薄膜。

鑒于二氧化鈦在紫外光照射下具有光催化活性，異核金屬酞菁鈷鋅能夠有效敏化二氧化鈦并能以化學鍵牢固固載于納米二氧化鈦薄膜上以及異核金屬酞菁鈷鋅的催化氧化活性，從而制備出可回收再利用的具有高催化活性的復合薄膜。

通過對比例對發明中所制備的異核金屬酞菁鈷鋅/納米二氧化鈦復合薄膜在可見光與黑暗條件下，對廢水中有機物模型的降解率說明異核金屬酞菁鈷鋅/納米二氧化鈦復合薄膜的催化效果如下：

以亞甲基藍溶液為目標溶液，利用異核金屬酞菁鈷鋅/納米二氧化鈦復合薄膜，異核金屬酞菁鈷錳/納米二氧化鈦復合薄膜，異核金屬酞菁鋅錳/納米二氧化鈦復合薄膜，同核金屬酞菁鈷/納米二氧化鈦復合薄膜，同核金屬酞菁鋅/納米二氧化鈦復合薄膜，同核金屬酞菁錳/納米二氧化鈦復合薄膜，與納米二氧化鈦薄膜在可見光照射和黑暗條件下分別進行催化降解實驗：將不同異核金屬酞菁/納米二氧化鈦薄膜，同核金屬酞菁/納米二氧化鈦薄膜和納米二氧化鈦薄膜分別與50mL目標溶液放置于100mL量筒中，垂直放在白熾燈下或避光反應，每隔一定時間取亞甲基藍溶液測定其紫外吸收，計算降解率。在可見光條件下，納米二氧化鈦薄膜和不同異核金屬酞菁/納米二氧化鈦薄膜以及同核金屬酞菁/納米二氧化鈦薄膜降解亞甲基藍溶液，降解率隨時間的變化如圖1，在黑暗條件下，納米二氧化鈦薄膜和不同異核金屬酞菁/納米二氧化鈦薄膜以及同核金屬酞菁/納米二氧化鈦薄膜降解亞甲基藍溶液，降解率隨時間的變化如圖2。