[發明專利]光催化降解?吸附材料的制備方法與應用

有效

• 申請號: 201510322264.3
• 申請日: 2015-06-12
• 公開（公告）號: CN104941594B
• 公開（公告）日: 2017-09-22
• 發明（設計）人: 路建美;陳冬赟
• 申請（專利權）人: 蘇州大學張家港工業技術研究院
• 主分類號: B01J20/24
• 分類號: B01J20/24;B01J20/28;B01J20/30;C02F1/28;C02F1/30;C02F1/32;C02F1/64;B01J31/26
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司32103
• 代理人: 陶海鋒

技術領域

本發明屬于高分子納米復合材料技術領域，具體涉及一種智能的光催化降解-吸附材料的制備方法及在鉻離子吸附降解上的應用。

背景技術

隨著近年來工業的迅速發展，人類賴以生存的水資源遭受了嚴重污染。水體污染物中的重金屬因不能被生物降解，相反卻能在食物鏈的生物放大作用下，成千百倍地富集，最后進入人體，危害人類健康。鉻(Cr)是常見的危害最大的重金屬之一，廣泛存在于自然環境中，水環境中鉻主要來源于電鍍、冶煉、制革、紡織、印染、水泥、鋼鐵、油漆、制藥等多達80種工業廢水排放。水中的鉻通常以六價和三價形式價態存在，微量的三價鉻是人體必需的，然而過量時對人體卻有較大的危害，而且微量的三價鉻對水體生物也有較大毒性。六價鉻則為吞入性毒物/吸入性極毒物，皮膚接觸可能導致敏感；更可能造成遺傳性基因缺陷，吸入可能致癌，對環境有持久危險性。因此處理水中Cr(VI)迫在眉睫，利用半導體光催化還原法處理Cr(VI)是一種有發展前途的廢水處理方法。

螺吡喃（spiropyran）及其衍生物是目前研究較廣泛的一類可作為光開關的化合物，由于其可在紫外/可見光照射下實現開環/閉環的轉變，而開環下的光致異構體可與金屬離子結合，因而螺吡喃及其衍生物在金屬離子傳感材料領域受到了許多研究者的關注。已有文獻報道將螺吡喃進行改性，使其衍生物開環體能夠選擇性結合金屬離子；將特定的螺吡喃衍生物修飾在基體材料表面可獲得在不同光照下能夠選擇性結合特定金屬離子的功能材料。

大孔多孔二氧化硅常作為吸附材料應用于環境水處理領域，有大量文獻報道接枝修飾后的大孔多孔二氧化硅對水體中重金屬有較好的吸附效果。

至今未見將多孔二氧化硅與螺吡喃化合物復合應用于鉻離子光催化吸附降解的報道；同時在水體環境因素一定的情況下，復合體系內部的穩定性、協同性以及表面特性對其處理活性有著重要的影響；同時對于鉻水處理劑而言，還需要具有脫吸附的功能。

發明內容

本發明目的是提供一種智能光催化降解-吸附材料的制備方法，由此得到的材料在可見光/紫外光照射下完全去除水中六價鉻，有利于水處理技術的發展。

為達到上述發明目的，本發明采用的具體技術方案是：

一種光催化降解-吸附材料的制備方法，包括以下步驟：

（1）將納米二氧化硅泡沫分散于去離子水中，然后加入檸檬酸、五水四氯化錫和硫代乙酰胺；然后于130～170℃下水熱反應6～24小時，反應結束后收集反應混合物中的固體，得到負載SnS₂的二氧化硅材料；

（2）負載SnS₂的二氧化硅材料經3-氨基丙基三乙氧基硅烷處理后分散在N,N-二甲基甲酰胺中，然后加入丁二酸酐進行反應，反應結束后收集固體；然后將收集的固體分散于N,N-二甲基甲酰胺中，再加入二環己基碳二亞胺（DCC）和螺吡喃衍生物（SPNH），于惰性氣氛下反應12～48小時，過濾反應液得到固體，即為光催化降解-吸附材料；所述SPNH與DCC的摩爾比為1∶（0.5～1.5）。

本發明中，螺吡喃衍生物為SPNH，其結構如下：

本發明中，將模板聚合物聚環氧乙烷-聚環氧丙烷-聚環氧乙烷三嵌段共聚物（P123）與一定濃度的硫酸鈉溶液溶解在NaAc-Hac溶液中攪拌均勻，然后加入正硅酸甲酯繼續攪拌得到混合物；然后靜置混合物，再進行水熱反應得到固體，將得到的固體經高溫煅燒以去除模板聚合物，所得白色固體即為大孔多孔納米二氧化硅泡沫。

上述所用硫酸鈉溶液濃度為0.1mol/L、0.2mol/L、0.3mol/L、0.4mol/L中的任意一種，優選0.4mol/L。

上述技術方案中，NaAc-Hac溶液的pH為4-6，優選為5。

上述技術方案中，步驟（1）中，納米二氧化硅泡沫、檸檬酸、五水四氯化錫和硫代乙酰胺的質量比為1:2.1:3.5:1.5。

優選的，步驟（1）中，水熱反應的溫度為130℃、150℃或者170℃，進一步優選為150℃。

優選的，步驟（1）中，水熱反應的時間為6小時、12小時、18小時或者24小時，進一步優選為12小時。

上述技術方案中，步驟（2）中，所述惰性氣氛為氮氣氣氛、氦氣氣氛或者氖氣氣氛，優選氮氣氣氛。

優選的，步驟（2）中，所述SPNH與DCC的摩爾比為1∶1。