[發(fā)明專(zhuān)利]一種光控可逆吸附偶氮染料的TiO2干凝膠及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210509318.3
• 申請(qǐng)日: 2012-12-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102976402A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-03-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張淑娟;彭巖;劉犀通;潘丙才
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 南京大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C01G23/053
• 分類(lèi)號(hào): C01G23/053;B01J20/06;B01J20/28;B01J20/30;C02F1/28;C02F1/32;C02F101/38
• 代理公司: 南京知識(shí)律師事務(wù)所 32207
• 代理人: 蔣海軍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種光控吸附材料的制備方法和用途，更具體的說(shuō)是涉及一種光控可逆吸脫附偶氮染料的TiO₂干凝膠及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

吸附是一個(gè)重要的界面過(guò)程，可用于氣體分離、水的凈化以及資源的回收利用等。吸附也是光催化反應(yīng)的必經(jīng)和首要步驟。TiO₂光催化劑因穩(wěn)定性好，催化效率高等優(yōu)點(diǎn)，其制備及應(yīng)用研究已成為催化領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。目前限制TiO₂光催化應(yīng)用的主要瓶頸在于對(duì)太陽(yáng)能的利用率低。染料分子吸附在TiO₂表面可通過(guò)染料分子的光敏作用提高能源的利用率。在染料敏化的太陽(yáng)能電池中，染料分子在金屬氧化物（TiO₂、SnO₂等）電極表面吸附，光照后由基態(tài)躍遷至激發(fā)態(tài)，電子轉(zhuǎn)移至半導(dǎo)體的導(dǎo)帶。此過(guò)程中，染料分子的有效吸附是提高光電轉(zhuǎn)換效率的關(guān)鍵。由于染料敏化電池的電極浸泡于電解質(zhì)溶液中，電極表面的染料分子處于動(dòng)態(tài)的吸附和脫附過(guò)程中。脫附后的染料將失去對(duì)金屬氧化物的敏化作用。因此，在染料敏化的太陽(yáng)能電池中脫附是一個(gè)不利因素。與之相反，在選擇性光催化氧化過(guò)程中催化生成的產(chǎn)物在催化劑表面的脫附較慢，產(chǎn)物在催化劑表面的累積有可能成為催化反應(yīng)的限制因素。因此，有效控制吸附-脫附過(guò)程是高效利用吸附這一界面現(xiàn)象的關(guān)鍵。

吸附通常是一個(gè)自發(fā)進(jìn)行的過(guò)程，對(duì)吸附-脫附過(guò)程的調(diào)控通常需要借助各種化學(xué)或物理手段，主要有溶劑洗脫、溫度、pH值、光、磁場(chǎng)和電場(chǎng)等。其中，光照因可利用取之不盡用之不竭的太陽(yáng)能資源，避免了一些其它方法能耗高或二次污染的問(wèn)題，因而備受關(guān)注。專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮镃N200910242242.0的公開(kāi)了利用光照控制碳納米管溶解度的方法，主要是通過(guò)偶氮苯類(lèi)化合物與環(huán)糊精形成的包結(jié)型超分子復(fù)合物在一定波長(zhǎng)的光照下發(fā)生解離，實(shí)現(xiàn)增加碳納米管在水中的溶解度。人們業(yè)已觀察到在金屬氧化物表面的光致吸附或脫附小分子氣體的現(xiàn)象，但是這些過(guò)程通常不可逆而且因吸附量低，材料不足以作為吸附劑使用。因此，開(kāi)發(fā)具有光控可逆吸脫附染料能力的材料已經(jīng)成為以上應(yīng)用領(lǐng)域迫切需要解決的難題。

發(fā)明內(nèi)容

1、發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題

針對(duì)現(xiàn)有的吸附材料在脫附方面存在的能耗高、二次污染的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種光控可逆吸附偶氮染料的TiO₂干凝膠及其制備方法和應(yīng)用，合理調(diào)節(jié)不同原料的配比以及凝膠的形成條件方制備得到TiO₂干凝膠，可以紫外光為唯一能源實(shí)現(xiàn)對(duì)偶氮染料的可逆吸附和脫附。

2、技術(shù)方案

本發(fā)明原理：采用溶膠-凝膠法，通過(guò)調(diào)節(jié)不同原料的配比以及凝膠的形成條件制備TiO₂干凝膠，目的是TiO₂干凝膠吸附-脫附偶氮染料的可逆過(guò)程能夠通過(guò)光照加以控制。

其技術(shù)方案如下：

一種光控可逆吸附偶氮染料的TiO₂干凝膠的制備方法：

（1）將乙酰丙酮、鈦酸四丁酯和乙醇按一定的順序和比例在室溫下攪拌，混合均勻，其中鈦酸四丁酯與乙酰丙酮的體積比是10:0.75-3；

（2）將一定量的去離子水、醋酸或硝酸和乙醇混合均勻，緩慢滴入步驟（1）所得溶液，室溫下攪拌30分鐘后得到均勻溶膠，其中所用原料體積比鈦酸四丁酯：乙醇：水：硝酸或醋酸?為?10?:?20-40?:?1-3?:?0.25-0.75；

（3）溶膠置于自然條件下老化至凝膠，干燥至恒重，得到光控可逆吸附偶氮染料的TiO₂干凝膠。

步驟（2）中所添加硝酸或醋酸的量使所得溶膠的pH值在2-5之間。步驟（3）中老化時(shí)間1-7天，真空干燥溫度為40-80℃。

采用上述方法制備得到的光控可逆吸附偶氮染料的TiO₂干凝膠，室溫下為淡黃色顆粒（圖1），具有一定的疏水性（圖2）。低功率紫外燈光照條件下有效吸附偶氮染料，撤去光照后，偶氮染料可逆脫附，并且多次光照可實(shí)現(xiàn)循環(huán)吸附-脫附（圖3）。

3、有益效果

相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：

（1）本發(fā)明的光控可逆吸附偶氮染料的TiO₂干凝膠的制備方法步驟簡(jiǎn)單，原料易得，制備過(guò)程環(huán)境友好；