[發明專利]具有光催化活性的聚合物/二氧化鈦雜化膜的制備方法

有效

• 申請號: 201010592665.8
• 申請日: 2010-12-17
• 公開（公告）號: CN102527439A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 陽明書;雷萍;王峰;張世民;丁艷芬
• 申請（專利權）人: 中國科學院化學研究所
• 主分類號: B01J31/38
• 分類號: B01J31/38;A62D3/10;A62D101/28
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 李柏

技術領域

本發明屬于二氧化鈦光催化劑領域，特別涉及一種具有光催化活性的聚合物/二氧化鈦雜化膜的制備方法，由該方法獲得的具有光催化活性的聚合物/二氧化鈦雜化膜產品，以及該產品用于水中有機污染物光降解的用途。

背景技術

隨著社會不斷發展，生活污水和生產污水的排放量日益增加，環境污染日益嚴重，如何保護水資源，保護環境成為全世界關注的熱點。自從1976年Carey[Environ.Contam.Toxicol.16(1976)697]報道了二氧化鈦光催化去除污水中的有毒污染物之后，二氧化鈦光催化劑開始應用于水處理領域的各個方面。半導體二氧化鈦光催化劑由于具有高的光催化活性、化學性質穩定、價格低廉且無毒無害，是目前應用最廣泛也是前景最好的半導體光催化劑。在光能照射下，銳鈦礦型二氧化鈦吸收光能后產生具有高活性的羥基自由基和過氧自由基，這些自由基能分解幾乎所有的有機污染物，生成二氧化碳和水。

在水處理的實際應用過程中，為了提高光催化反應效率，二氧化鈦納米粒子需要與水中的有機污染物充分接觸，因此大多采用懸浮體系。然而懸浮體系雖然能提高光催化反應效率，但同時給二氧化鈦光催化劑的回收再利用造成困難。通過傳統的沉降或離心的分離技術實現二氧化鈦納米粒子回收不僅能耗大，而且會對環境造成二次污染，嚴重制約了二氧化鈦光催化劑在水處理領域的工業化應用。因此，目前用于克服這些缺點的有效途徑是將催化劑負載在基體材料上，制備負載型的光催化劑。常用的負載方法是通過靜電相互作用、氫鍵作用和吸附作用[CN200910153373.1：負載型納米二氧化鈦催化劑的制備方法]將二氧化鈦納米粒子負載在基體材料上，比如玻璃、陶瓷和金屬表面，有機粘土，碳纖維，活性炭，棉布，聚合物基體[CN200910228598.9：聚乙烯膜負載型鐵、氮摻雜二氧化鈦光催化劑及其制備方法]等。但由于這些負載作用力都較弱，在長期循環使用過程中仍然無法避免二氧化鈦納米粒子的流失問題，從而造成光催化活性的降低，限制光催化劑用于水處理領域的產業化。

通過基體材料與二氧化鈦納米粒子之間產生化學鍵合實現納米粒子負載是一種重要的負載方法。二者之間的化學鍵可以將二氧化碳納米粒子牢牢地鉚接在聚合物分子鏈上，起到有效負載二氧化鈦納米粒子的作用，避免二氧化鈦納米粒子的流失，從而制備得到可長期用于降解水中污染物的光催化膜。

發明內容

本發明的一目的是提供一種具有光催化活性的聚合物/二氧化鈦雜化膜的制備方法，這種制備方法實現了二氧化鈦納米粒子在聚合物基體上的化學負載，克服了現有負載技術的不足。

本發明的另一目的是提供一種具有光催化活性的聚合物/二氧化鈦雜化膜產品。

本發明的還一目的是提供該具有光催化活性的聚合物/二氧化鈦雜化膜在用于水中有機污染物光催化降解方面的用途。

本發明的具有光催化活性的聚合物/二氧化鈦雜化膜具有光催化活性高、負載性好、二氧化鈦納米粒子在長期使用過程中不流失，可保持高的光催化活性等優點。

本發明的具有光催化活性的聚合物/二氧化鈦雜化膜的制備方法，是利用聚合物分子鏈上的羥基和羧基官能團與二氧化鈦納米粒子表面的鈦羥基發生化學反應，使得二氧化鈦納米粒子接枝到聚合物分子鏈上，從而起到有效負載二氧化鈦納米粒子的作用。

本發明的具有光催化活性的聚合物/二氧化鈦雜化膜，首先通過溶液共混法，得到聚合物/二氧化鈦分散體系，再利用溶液鋪膜法或靜電紡絲法制備得到聚合物/二氧化鈦雜化膜的基膜，然后通過熱處理的方法使二氧化鈦納米粒子接枝到聚合物分子鏈上，制備得到具有光催化活性的聚合物/二氧化鈦雜化膜，這種雜化膜能夠化學負載二氧化鈦納米粒子。

本發明的具有光催化活性的聚合物/二氧化鈦雜化膜的制備方法包括以下步驟：

(1)將原料二氧化鈦納米粒子分散到溶劑中，攪拌，形成均勻分散的二氧化鈦分散液；或采用溶膠-凝膠法制備得到二氧化鈦溶膠；

(2)將聚合物溶解到步驟(1)得到的二氧化鈦分散液或二氧化鈦溶膠中，形成聚合物/二氧化鈦分散體系；

其中，所述的聚合物/二氧化鈦分散體系中，聚合物的含量為4～10wt％，二氧化鈦的含量為聚合物質量的0.5～50wt％；

(3)將步驟(2)得到的聚合物/二氧化鈦分散體系通過鋪膜法或靜電紡絲法制膜，得到聚合物/二氧化鈦雜化膜的基膜；

(4)將步驟(3)得到的雜化膜的基膜進行熱處理，使聚合物與二氧化鈦納米粒子之間發生化學反應，即得到所述的具有光催化活性的聚合物/二氧化鈦雜化膜；