[發明專利]一種具有可見光響應的二氧化鈦基復合光催化劑的制備方法

有效

• 申請號: 201410102489.3
• 申請日: 2014-03-19
• 公開（公告）號: CN103861649A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發明（設計）人: 王文平;田健;李國慶
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: B01J31/38
• 分類號: B01J31/38
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 喬恒婷

一、技術領域

本發明涉及一種光催化劑的制備方法，確切地說是一種具有可見光響應的二氧化鈦基復合光催化劑的制備方法。

二、背景技術

納米二氧化鈦（TiO₂）粒子是n型半導體材料，作為光催化劑使用時具有無毒、廉價、穩定性好的特點。由于TiO₂具有光催化能力強、對污染物降解完全不產生二次污染等優勢，許多年來在光催化劑領域作為最重要的半導體材料之一參與到現代工業進程中。但是由于TiO₂納米粒子間易于團聚，在催化反應體系中分散性差，對光的利用率低下、僅能響應紫外區附近光線，造成量子產率較低，而光生電荷載流子的嚴重復合現象，很大程度上制約了其實際光催化效果，限制了其廣泛普及的應用。目前，有機-無機復合材料的研究取得了很大的進展，并廣泛的應用于光學、電學、磁學、生物學等領域，很這樣的多相復合材料往往具備著優異的性能。在有機-無機復合材料中，有機物質的來源及功能結構能夠直接對復合材料的性能產生極大影響。

為追求TiO₂最高的光催化活性，在其制備的過程中，粒子的尺寸越小，相應的比表面積越大、量子效應越明顯，然而TiO₂僅能對紫外、近紫外區光線具備響應性，使得其對太陽光的有效利用程度很低，同時存在的光生電荷載流子的復合現象，更對其光催化效率產生消極影響。目前人們解決這樣的問題主要是在TiO₂生產過程中，通過物理法簡單混合改性物質和TiO₂，進一步水熱結晶。這樣的方法所得到的的TiO₂光催化劑性能不穩定，不能很好地設計控制光催化劑的各項性質性能。如果尋找合適的化學改性方法，在TiO₂表面接枝上功能基團，改性材料本身變為一體多相的復合納米功能材料，在能夠保證催化劑的穩定性的同時，提高TiO₂光催化劑的光催化效率。目前，國內暫時沒有相關TiO₂基復合光催化劑的功能設計并合成方面的研究成果。

三、發明內容

本發明旨在提供一種具有可見光響應的二氧化鈦基復合光催化劑的制備方法，所要解決的技術問題是在TiO₂表面接枝上功能性基團及引發粒子表面的可控聚合反應，在表面接枝親水高分子鏈，以提高TiO₂的可見光響應、水體系中的有效分散，來大大提高其光催化降解效率。

本發明首先對TiO₂進行表面功能化處理得到含功能性結構單分子層的TiO₂基納米粒子，隨后通過含功能性結構單分子層的TiO₂基納米粒子表面氨基官能團的酰胺化反應，TiO₂基大分子ATRP引發劑，再通過引發ATRP反應實現TiO₂的表面接枝聚合甲基丙烯酸縮水甘油酯，得到聚甲基丙烯酸縮水甘油酯接枝包覆修飾改性的二氧化鈦基復合光催化劑。具體制備過程如下：

1）TiO₂的表面功能化

將1.0-3.0g?TiO₂分散到40-60℃的溶劑乙醇中，隨后滴加40-60℃的溶解有0.1-0.3g功能性結構有機物的乙醇溶液，于40-60℃攪拌反應6-12小時，反應完成后依次經抽濾、無水乙醇超聲洗滌、去離子水超聲洗滌、室溫下真空干燥后得到含功能性結構單分子層的TiO₂基納米粒子；

所述功能性結構有機物為具有鄰羥基苯環結構的物質，優選多巴胺（4-(2-乙胺基)苯-1,2-二酚）。

2）TiO₂基大分子ATRP引發劑的制備

將步驟1）制備的含功能性結構單分子層的TiO₂基納米粒子0.5-1.5g、溴代異丁酰溴0.3-0.9mL和縛酸劑三乙胺0.4-1.2mL加入反應器中，以甲苯為溶劑，在惰性氣體保護、冰水浴的條件下攪拌反應4-6小時，反應完成后依次經離心、四氫呋喃分散、去離子水超聲洗滌、室溫下真空干燥后得到TiO₂基大分子ATRP引發劑；所述惰性氣體為氮氣或氬氣。

3）接枝改性