[發明專利]一種聚合物/二氧化鈦多元復合光催化薄膜的制備方法

有效

• 申請號: 201310598159.3
• 申請日: 2013-11-22
• 公開（公告）號: CN104646066A
• 公開（公告）日: 2015-05-27
• 發明（設計）人: 孟祥福;劉秀云;呂立貞;王麗麗;劉彥鵬;陳啟榮
• 申請（專利權）人: 首都師范大學
• 主分類號: B01J31/38
• 分類號: B01J31/38
• 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

本發明涉及一種聚合物/二氧化鈦多元復合光催化薄膜的制備方法。

背景技術

有毒難降解的有機污染物(如鹵代物、二噁英、農藥、染料等)所引起的環境問題已成為21世紀影響人類生存與健康的重大問題。用現有技術很難處理這些污染物，因此研究新的有效的控制有毒難降解有機污染物的方法已成為國際上十分關注的重大課題。目前，國際上針對有毒難降解的有機污染物進行降解處理的最有應用前景、研究最活躍的技術是在光催化劑的作用下，以廉價、清潔和無窮盡的太陽光能為能源，以空氣中的氧氣和其它“綠色”的氧化性物種（如H₂O₂等）為氧化劑的光催化氧化降解技術，該技術最終能將有機污染物徹底分解成CO₂、H₂O和其它無機鹽，而沒有二次污染。

二氧化鈦光催化劑粉體在實際應用中與待處理污水形成懸浮體系，后期處理必須經過過濾、離心、絮凝等方法將其分離回收，過程復雜，增加了回收難度，循環利用率低。為了解決納米TiO₂粉體在實際應用過程中回收的問題，人們經常將其負載到基質材料上，例如玻璃、硅膠、沸石、不銹鋼等等，但是納米TiO₂負載到基質材料上往往會導致比表面積減小，與有機污染物質接觸的幾率降低，嚴重影響了光催化反應速率。因此，納米TiO₂的負載不僅要考慮懸浮體系的回收問題，而且要保持負載后納米TiO₂有效光催化活性點的數量。本發明采用高透明聚合物薄膜為載體制備復合光催化劑不但能提高光的利用效率，而且還可以大大提高循環使用效率，操作方便，其中的二氧化鈦、氧化石墨烯和Ag組成多元體系能有效提高光催化活性，同時增加了聚合物自身的力學性能，為開發高效穩定的可見光響應光催化劑提供了新的思路。

發明內容

本發明的目的是提供一種反應條件溫和、所需設備簡單、原料易得，適用于大規模生產的聚合物/二氧化鈦多元復合光催化薄膜的制備方法。

本發明的制備方法是將鈦酸酯在有機酸溶液中進行水解，干燥得到可溶性二氧化鈦固體干凝膠；可溶性二氧化鈦固體干凝膠溶于水后與含有水溶性聚合物的水溶液混合，加入硝酸銀水溶液，經紫外光照射后，加入氧化石墨烯水溶液，置于反應釜中進行水熱處理，然后涂膜，得到的高透明薄膜再經高溫真空熱處理，即可得到高透明聚合物/二氧化鈦多元復合光催化薄膜。采用本發明的制備方法得到的聚合物/二氧化鈦多元復合光催化薄膜具有透明度高、分散性良好等優點，在可見光照射下具有良好的光催化活性，可用于廢水中有機污染物的光催化降解，并且可以循環使用。本發明的聚合物/二氧化鈦多元復合光催化薄膜的制備方法簡單，所用設備操作容易。

本發明的聚合物/二氧化鈦多元復合光催化薄膜的制備方法包括以下步驟：

(1)將鈦酸酯加入到有機酸溶液中進行水解，其中：鈦酸酯：有機酸的摩爾比為1：0.5～10；室溫攪拌（攪拌時間一般為1～3小時），得到黃褐色溶液，將得到的黃褐色溶液直接在室溫空氣中進行干燥，除去可揮發性副產物，得到二氧化鈦干凝膠；

(2)將步驟(1)得到的二氧化鈦干凝膠和水溶性聚合物分別溶解于水中并合并后加入硝酸銀水溶液，其中：二氧化鈦干凝膠：水溶性聚合物：硝酸銀的質量比為1：（0.5～10）：（0.001～0.01）；混合均勻后，置于紫外燈下照射0.5～3小時后，加入氧化石墨烯水溶液，其中氧化石墨烯與二氧化鈦的質量比為1：10～500；然后置于高壓反應釜中進行水熱處理，將經水熱處理并冷卻后得到的溶液在固體基材上進行涂膜，室溫干燥得到高透明薄膜；

(3)將步驟(2)得到的高透明薄膜在真空條件下進行高溫熱處理，即可得到高透明聚合物/二氧化鈦/氧化石墨烯/銀多元復合光催化薄膜。

本發明得到的聚合物/二氧化鈦/氧化石墨烯/銀多元復合光催化薄膜具有分散性良好，透光率高的特點（如實施例1）。

本發明中所述的鈦酸酯選自鈦酸四乙酯、鈦酸四異丙酯、鈦酸四正丁酯中的一種或幾種。

本發明中所述的有機酸溶液的質量濃度為1%～99%。所述的有機酸優選選自乙酸、三氟乙酸、三氯乙酸中的一種。

本發明中所述的水溶性聚合物優選選自聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚乙烯吡咯烷酮中的一種。

本發明中所述的硝酸銀水溶液的濃度為0.1～1mol/L。

本發明中所述的氧化石墨烯水溶液的濃度為0.1～1g/mL。

本發明中所述的水熱處理的溫度優選為90～180℃；水熱處理的時間優選為0.5～10小時。