[發(fā)明專利]一種金屬鋅卟啉軸向功能化二氧化鈦的復(fù)合光催化劑及其制備方法

在審

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• 申請日: 2016-11-09
• 公開（公告）號: CN106582812A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙煒;王允;王愛健;竇生平;吳里程;王謙
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號: B01J31/02
• 分類號: B01J31/02;C02F1/30;C02F101/38
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于降解染料廢水污染物的光催化材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種新型“有機(jī)-無機(jī)”金屬鋅卟啉軸向功能化二氧化鈦的復(fù)合光催化劑及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展及工業(yè)化進(jìn)程的加快，環(huán)境污染問題日益嚴(yán)峻，大量化工原料的消耗和排放，使人們周圍的生活環(huán)境日益惡化。其中，有機(jī)染料污水的色度深、濃度高、毒性大，難于在自然條件下降解，已成為水處理領(lǐng)域的一大難題。因此，開發(fā)一種簡便有效的方法來降解有機(jī)污染物是人類社會急需解決的問題。近年來，光催化降解水中有機(jī)污染物為廢水的治理提供了新的思路。光催化法反應(yīng)條件溫和、設(shè)備簡單、二次污染小、易于操作控制、運(yùn)行成本低，是一種非常有前途的水污染治理技術(shù)，越來越受到人們廣泛的關(guān)注。

目前光催化研究中，研究最多的、同時也被視為最佳材料的是二氧化鈦，由于其具有光催化活性高、耐光腐蝕性強(qiáng)、穩(wěn)定性好、環(huán)境友好、價(jià)格相對低廉、對人體無毒等優(yōu)點(diǎn)，在信息、能源、環(huán)境等新興領(lǐng)域表現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用前景。但是，二氧化鈦?zhàn)陨硪踩秉c(diǎn)，其帶隙寬、光譜響應(yīng)范圍窄，只能吸收波長小于387.5nm的紫外光，對太陽光能的利用率僅為4％。如何拓展二氧化鈦在可見光區(qū)的光譜響應(yīng)范圍，使之具有可見光活性，并提高其對太陽光的總利用效率是制約二氧化鈦光催化技術(shù)的關(guān)鍵問題。

利用金屬卟啉作為敏化劑敏化二氧化鈦是提高其可見光催化效果的有效途徑之一。將金屬卟啉與二氧化鈦形成復(fù)合物，在光照的條件下就能夠使金屬卟啉產(chǎn)生的電子由敏化劑輸送至二氧化鈦半導(dǎo)體的導(dǎo)帶，從而使復(fù)合物體系的激發(fā)波長拓寬至可見光范圍，使得對可見光和近紅外區(qū)的利用成為可能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于研制一類新型的用于降解染料廢水污染物的可見光光催化復(fù)合光催化劑，以提高光催化材料對可見光及近紅外區(qū)域的光譜利用率。

本發(fā)明提供了一種金屬鋅卟啉軸向功能化二氧化鈦復(fù)合光催化劑的制備方法，步驟簡單，容易實(shí)現(xiàn)，制備的復(fù)合光催化劑光催化性能好。

一種金屬鋅卟啉軸向功能化二氧化鈦的復(fù)合光催化劑，由二氧化鈦和金屬鋅卟啉組成，所述金屬鋅卟啉軸向修飾在異煙酸共價(jià)功能化的二氧化鈦表面；所述鋅卟啉軸向功能化二氧化鈦的復(fù)合光催化劑的結(jié)構(gòu)為：

一種金屬鋅卟啉軸向功能化二氧化鈦的復(fù)合光催化劑的制備方法，包括如下步驟：

步驟A1：將二氧化鈦超聲分散在極性有機(jī)溶劑A中，分散均勻后，再加入異煙酸和N,N’-二環(huán)己基碳二酰亞胺，進(jìn)行酯化反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)物經(jīng)冷卻、過濾、洗滌，干燥，得到白色粉末狀產(chǎn)物，即為異煙酸共價(jià)功能化的二氧化鈦；

步驟A2：超聲下，將步驟A1所得產(chǎn)物和金屬鋅卟啉超聲溶解在極性有機(jī)溶劑B中，氮?dú)獗Ｗo(hù)下，進(jìn)行功能化反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)物經(jīng)冷卻、過濾、洗滌，干燥，得到鋅卟啉軸向功能化二氧化鈦的復(fù)合光催化劑ZnTpp/TiO₂。

所述制備方法中，步驟A1的極性有機(jī)溶劑A為四氫呋喃，步驟A2的極性有機(jī)溶劑B為N,N’-二甲基甲酰胺。

所述二氧化鈦的晶型為銳鈦礦型；

步驟A1中，所述二氧化鈦、異煙酸和N,N’-二環(huán)己基碳二酰亞胺的質(zhì)量比為3:10:2；

步驟A2中，步驟A1所的產(chǎn)物和鋅卟啉的質(zhì)量比為8:5。

所述制備方法中超聲時間均為半小時。

步驟A1酯化反應(yīng)的溫度為66℃，反應(yīng)時間為3天；步驟A2功能化反應(yīng)的溫度為80℃，反應(yīng)時間為2天。

所述過濾為將反應(yīng)液用0.45μm的尼龍膜進(jìn)行過濾；所述洗滌為分別用去離子水和二氯甲烷洗滌；所述干燥為真空室溫下干燥12小時。

本發(fā)明所述的一種金屬鋅卟啉軸向功能化二氧化鈦的復(fù)合光催化劑的用途，其特征在于，將所述復(fù)合催化劑作為光催化處理染料廢水污染物，例如羅丹明B。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：

(1)本發(fā)明的制備方法簡單，反應(yīng)條件溫和，過程易于控制，適合擴(kuò)大化生產(chǎn)的要求；

(2)本發(fā)明所制備的復(fù)合光催化劑光熱穩(wěn)定性好，活性高，可多次重復(fù)使用；

(3)本發(fā)明所制備的催化劑對可見光有很好的吸收，在可見光條件下對有機(jī)污染物羅丹明B有著良好的降解效果；

(4)本發(fā)明所制備復(fù)合光催化劑在可見光區(qū)對有機(jī)污染物羅丹明B表現(xiàn)出比金屬鋅卟啉和二氧化鈦更好的光催化性能，為今后開發(fā)制備方法簡單，光催化性能高的的復(fù)合催化劑提供了新的途徑。

附圖說明