[發(fā)明專利]一種CuO-TiO2/導(dǎo)電聚合物纖維復(fù)合光催化劑及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210243376.6
• 申請日: 2012-07-13
• 公開（公告）號: CN102744108A
• 公開（公告）日: 2012-10-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周正發(fā);胡偉;徐衛(wèi)兵;楊潔;李唐卉;任鳳梅
• 申請（專利權(quán)）人: 合肥工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: B01J31/38
• 分類號: B01J31/38;B01J35/06
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責(zé)任公司 34101
• 代理人: 何梅生

一、技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明設(shè)計(jì)一種光催化劑及其制備方法，具體地說是一種CuO-TiO₂/導(dǎo)電聚合物纖維復(fù)合光催化劑及其制備方法。

二、背景技術(shù)

自從1972年TiO₂被發(fā)現(xiàn)可以作為光催化劑以來，納米TiO₂光催化降解污染物一直都廣受國內(nèi)外研究者的重視。然而由于TiO₂的能帶寬度為3.2eV，只能吸收波長小于384nm的光子，而到達(dá)地球表面的紫外光輻射只占整個太陽光譜的4%左右，因此TiO₂利用太陽光的效率受到很大限制。

近年來的研究表明，二元半導(dǎo)體復(fù)合是提高光催化活性的有效手段。TiO₂與窄能帶寬度的半導(dǎo)體復(fù)合，可以把復(fù)合半導(dǎo)體的光響應(yīng)范圍拓展到可見光范圍。在足夠能量的光照射時，光生電子轉(zhuǎn)移到能級較低的導(dǎo)帶上，光生空穴聚集在能級較高的價帶上，這樣光生電子與空穴的分離效率提高，從而提高了光催化降解的效率。

另外，由于粉體在光催化過程中容易損失、難回和造成二次污染等缺點(diǎn)，限制了其廣泛使用。很多研究把粉體催化劑負(fù)載在無機(jī)、金屬、有機(jī)等載體上。研究表明，載體可以克服以上缺點(diǎn)，同時提高光催化效率。

三、發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在提供一種CuO-TiO₂/導(dǎo)電聚合物纖維復(fù)合光催化劑及其制備方法，所要解決的技術(shù)問題是提高催化劑的光催化降解性能。

本發(fā)明以高壓靜電紡絲制備的高比表面積的導(dǎo)電聚合物纖維為載體，采用水熱法在纖維表面負(fù)載CuO和TiO₂從而得到復(fù)合光催化劑。

本發(fā)明CuO-TiO₂/導(dǎo)電聚合物纖維復(fù)合光催化劑，其特征在于：以導(dǎo)電聚合物纖維為催化劑載體，在催化劑載體上負(fù)載CuO和TiO₂后得到的復(fù)合光催化劑；

CuO和TiO₂的總質(zhì)量與導(dǎo)電聚合物纖維的質(zhì)量之比為0.05-1：1；CuO和TiO₂的質(zhì)量比為1：5-20。

所述導(dǎo)電聚合物纖維是將聚偏氟乙烯、苯乙烯-馬來酸酐共聚物和納米石墨按照質(zhì)量比9：1：1-2混合通過高壓靜電紡絲制備得到的導(dǎo)電聚合物纖維。

本發(fā)明CuO-TiO₂/導(dǎo)電聚合物纖維復(fù)合光催化劑的制備方法，包括導(dǎo)電聚合物纖維的制備、催化劑的負(fù)載和后處理各單元過程：

所述導(dǎo)電聚合物纖維的制備是將聚偏氟乙烯、苯乙烯-馬來酸酐共聚物和納米石墨按照質(zhì)量比9：1：1-2的比例加入三口燒瓶，再加入N,N′-二甲基乙酰胺和丙酮混合溶劑，常溫?cái)嚢?0-28小時后制得紡絲液，通過高壓靜電紡絲制備得到導(dǎo)電聚合物纖維；高壓靜電紡絲電壓為18kV~22kV，接受距離為15cm~25cm，推進(jìn)速度為0.5mL/h~1.5mL/h。

所述催化劑的負(fù)載包括TiO₂的負(fù)載和CuO的負(fù)載，首先將0.2-1.5g的導(dǎo)電聚合物纖維加入到含有40.0mL、0.25-0.5mol·L^-1的TiOSO₄溶液的密閉反應(yīng)釜中常溫浸泡12h，使Ti⁴⁺與纖維表面的羧基絡(luò)合，然后于120℃反應(yīng)6-10h，得到負(fù)載TiO₂的導(dǎo)電聚合物纖維；再將負(fù)載TiO₂的導(dǎo)電聚合物纖維加入到含有20.0mL、0.02-0.03mol·L^-1的Cu(Ac)₂與20.0mL、0.02-0.03mol·L^-1尿素的混合溶液的密閉反應(yīng)釜中，120℃反應(yīng)2-4h，得到CuO-TiO₂/導(dǎo)電聚合物纖維復(fù)合材料，纖維直徑400nm-2μm。

所述混合溶劑中N,N′-二甲基乙酰胺和丙酮的體積比為2-1：1。

所述紡絲液中溶質(zhì)的質(zhì)量濃度為10-20%。

本發(fā)明CuO-TiO₂復(fù)合半導(dǎo)體是通過羧基絡(luò)合的形式負(fù)載分散在導(dǎo)電聚合物纖維上。

與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：

本發(fā)明將CuO-TiO₂復(fù)合半導(dǎo)體是負(fù)載在導(dǎo)電聚合物纖維上，在光照條件下，在CuO、TiO₂上電子-空穴分離，電子由價帶激發(fā)到導(dǎo)帶上，TiO₂導(dǎo)帶上的光生電子遷移到能級低的CuO的導(dǎo)帶上，導(dǎo)電聚合物纖維可以傳遞電子，使吸附在導(dǎo)電聚合物上的次甲基藍(lán)降解。