[發明專利]一種以天然橡膠為原料的共軛多烯/納米二氧化鈦可見光催化劑的制備方法

有效

• 申請號: 201210379558.6
• 申請日: 2012-10-09
• 公開（公告）號: CN102847558A
• 公開（公告）日: 2013-01-02
• 發明（設計）人: 羅青枝;王德松;鮑雷雷;李雪艷;安靜
• 申請（專利權）人: 河北科技大學
• 主分類號: B01J31/38
• 分類號: B01J31/38
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 胡彬

技術領域

本發明屬于環境凈化光催化劑新材料技術領域，涉及一種以天然橡膠為原料的共軛多烯/二氧化鈦納米復合材料構成的可見光催化劑的制備方法。

背景技術

伴隨著工業化進程而來的水體及大氣污染嚴重威脅著人類社會的生存和發展，目前處理水和空氣中有毒污染物的常用方法主要有物理吸附法、化學法、微生物法等，但是這些方法存在著效率低、能耗高、工藝繁瑣、凈化不徹底等局限，因此采用新技術處理環境污染具有重要的現實意義。

納米TiO₂是一種典型的n型半導體材料，能夠在光照作用下產生高活性自由基，可將許多難降解的有機物氧化降解成二氧化碳和水，達到消除環境污染的目的。與其他環境處理技術相比,納米TiO₂光催化氧化法降解有機污染物具有能耗低、操作簡便、反應條件溫和、二次污染少等優點，在污水處理、空氣凈化、保潔除菌等方面具有良好的應用前景。但是納米TiO₂較寬的禁帶致使其只有吸收紫外光才能產生光催化活性，大大限制了其在太陽光下的廣泛應用；另外TiO₂光催化劑產生的光生電子/空穴復合幾率較高，也影響其光催化降解能力。為了提高TiO₂的可見光催化活性所采取的方法主要有貴金屬沉積、過渡金屬摻雜、非金屬摻雜、有機染料敏化等。這些方法都能較顯著地提高納米二氧化鈦的可見光催化活性，但也存在諸如成本高、光催化性能不穩定等缺點，導致其光催化降解效率仍不夠理想。

近幾年來的研究發現，具有共軛結構的聚合物改性納米TiO₂可以明顯提高其可見光催化活性。這是因為聚合物分子具有大的共軛π鍵結構，增加了TiO₂對可見光的吸收；同時共軛聚合物分子內π電子運動的波函數不是球形對稱的，在分子鏈方向上有較大的電子云密度，價電子傾向于沿著分子鏈移動，使聚合物具有一定的導電性，從而可以降低光生電子-空穴的復合率，提高光催化量子效率，提高復合粒子在可見光下的光催化活性。常采用的聚合物為聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩及其衍生物。這些聚合物的缺點是不溶于水及一般溶劑，一般是通過原位聚合的方法與納米TiO₂復合，其分子量及復合的均勻程度不可控，而且成本較高，不適于大量生產使用。

天然橡膠的主要成分是聚異戊二烯，是一種分子內含有部分雙鍵的天然聚合物，被廣泛應用于橡膠、衣料、粘合劑等領域。分子中包含的雙鍵極易和溴發生加成反應，加成后的產物在高溫條件下又能進行溴化氫的脫除反應，得到共軛多烯結構的聚合物。有關以天然橡膠為原料的共軛多烯與納米二氧化鈦復合制備可見光催化劑材料，目前尚未見有關文獻報道。

發明內容

本發明的目的在于提供一種采用常規聚合物天然橡膠經過處理得到共軛多烯修飾納米二氧化鈦構成可見光催化劑的制備方法。該方法制備的共軛多烯/二氧化鈦納米復合材料在普通日光燈照射下就可表現出良好的光催化性能，本發明也為天然橡膠回收再利用來制備環境凈化材料提供一條途徑。

本發明的思路為，采用納米二氧化鈦和天然橡膠為原料，通過溶液浸漬復合法制備出天然橡膠/納米二氧化鈦復合微粒，然后利用溴加成反應及脫溴化氫反應，得到共軛多烯/納米二氧化鈦可見光催化劑。

本發明是通過下述技術方案予以實現的：

一種以天然橡膠為原料的共軛多烯/納米二氧化鈦可見光催化劑的制備方法，它包括以下步驟：

a.在甲苯中加入天然橡膠，密閉攪拌，配制成含天然橡膠質量濃度為1g/L～4g/L的甲苯溶液；

b.向所述步驟a中所得含天然橡膠的甲苯溶液中加入納米TiO₂，所述天然橡膠與TiO₂的質量比為1:8～20，超聲分散30～40min，然后在攪拌下吸附3～5h后，經過濾、分離、干燥得到天然橡膠/納米TiO₂復合微粒；

c.將所述步驟b中所得天然橡膠/納米TiO₂復合微粒加入到新制飽和溴水溶液中，控制天然橡膠/納米TiO₂復合微粒與溴水溶液質量比為1:20～30，置于暗處浸泡8～12h，之后將產物過濾分離，用500～1000mL蒸餾水洗滌，再用50～100mL無水乙醇浸泡、洗滌3次，干燥至恒重，得溴代聚合物/納米二氧化鈦復合微粒；

d.將所述步驟c中所得溴代聚合物/納米二氧化鈦復合微粒在80℃～120℃下熱處理3～5h，使溴代聚合物脫除溴化氫生成共軛多烯，得到共軛多烯/納米二氧化鈦復合微粒；