[發明專利]一種具有光催化性能的復合薄膜的制備方法及產品

在審

• 申請號: 201710854874.7
• 申請日: 2017-09-20
• 公開（公告）號: CN107497492A
• 公開（公告）日: 2017-12-22
• 發明（設計）人: 鄭南;潘江江;官寶紅
• 申請（專利權）人: 杭州貝采催化劑有限公司;建德市環保科技創新創業中心有限公司
• 主分類號: B01J31/26
• 分類號: B01J31/26;B01J35/06;B01J20/24;B01J20/06;B01J20/28;C02F1/28;C02F1/30;C02F1/32;C02F101/30;C02F101/36
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司33224
• 代理人: 陳華

技術領域

本發明涉及復合薄膜的制備領域，具體涉及一種具有光催化性能的復合薄膜的制備方法及產品。

背景技術

環境污染是當今人類社會面臨的重大問題，其中水污染是我國面臨的主要環境問題之一。隨著社會的發展，工農業化學品種類和數量的增加，水源普遍受到污染，更多的城鎮飲用水源水質變成微污染水，這直接危害著飲用者的身體健康。而且常規的給水技術難以達到完全去除溶解性有機物的效果，導致飲用水體中總是存在一定量的有機污染物。因此，迫切需求研發一種新型的除污染新工業功能材料。

TiO₂光催化技術被認為是當前極具開發和產業化前景的新型水處理技術，它能在常溫下利用光能氧化分解有機物污染物，同時具有很好的殺菌及抑制病毒活性的作用，且不會生成對人體有害的中間產物。但是納米TiO₂(銳鈦礦)光催化劑的禁帶寬度為3.2eV，需要吸收387nm以下的紫外線才能被激發顯示催化活性，然而紫外光在太陽能中占不足5％。因此，需要對TiO₂進行改性以提高TiO₂的太陽光利用效率。常用的TiO₂改性的方法有金屬摻雜、非金屬摻雜、離子共摻雜、貴金屬摻雜、光敏化、半導體復合等，這些方法均可改變TiO₂自身的禁帶寬度將其吸收光譜拓寬到可見區域。另外，TiO₂呈粉末狀，在實際應用中，存在催化劑容易流失、回收困難等問題，使其應用受到限制。

目前TiO₂的改性與固定化已成為該技術能否應用推廣的關鍵問題。國內外學者已嘗試的固定化技術中，曾采用的載體有玻璃渣、光纖、活性炭、多孔陶瓷等，但是在固定化過程中催化劑的活性因比表面積的改變而有很大程度的降低，且催化劑與載體粘結的穩定性差。也有采用制膜方法進行固定化，常用的制膜方法有漬涂法、旋轉法、噴射法等，但是通常存在著膜均一性較差，透光性低，難以批量生產等問題。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種具有光催化性能的復合薄膜的制備方法，該方法制備的復合薄膜既具有固定化催化劑的優點，又具有納米材料的量子尺寸效應、表面與界面效應等特征；同時增大了比表面積，提高了對有機污染物的吸附力，使得光催化性能大幅度提高。

本發明針對上述的技術問題所提供的技術方案為：

一種具有光催化性能的復合薄膜的制備方法，包括如下步驟：

1)以Ag₂Se納米顆粒和酞酸丁酯為原料，采用溶膠-凝膠法合成Ag₂Se摻雜的TiO₂納米顆粒；

2)將海藻酸鈉、明膠、羥基磷灰石與水配制成凝膠狀液體，然后將Ag₂Se摻雜的TiO₂納米顆粒分散到凝膠狀液體中，得到打印液；

3)打印液通過3D打印形成凝膠薄膜支架，然后浸泡在氯化鈣溶液中進行交聯成型，得到具有光催化性能的復合薄膜。

上述的技術方案中，通過溶膠-凝膠法合成的Ag₂Se摻雜的TiO₂納米顆粒，由于TiO₂摻雜了Ag₂Se，使得銳鈦礦相TiO₂的波長相應區拓展到可見光區域，光催化活性明顯提高。

其次，采用3D打印方法制備，薄膜表面平整，厚度一致，納米顆粒粒子分布均勻，保持較高的催化活性，且不會產生剝離，薄膜具有較大的比表面積，內部孔隙分布均勻，能高效吸附水中的溶解態有機物，加速光催化作用。

本發明中的3D打印可以采用現有的3D打印機，按照預先編譯好的代碼運行打印程序。優選的，所述3D打印機的打印針頭直徑50-150微米，打印速度為8-12毫米/秒。

優選的，所述步驟1)中Ag₂Se納米顆粒的制備方法為：將AgCl和Se粉加入到乙二胺中，在室溫下置換反應得到。

優選的，所述步驟1)中Ag₂Se納米顆粒的制備方法具體為：將AgCl和Se粉加入到乙二胺中，避光避氧，攪拌反應20-30h，得到色黑沉淀物；色黑沉淀物分別經過乙醇和去離子水清洗，在30-50℃下真空干燥3-5h即得。

優選的，所述AgCl、Se粉與乙二胺的質量比為2.5-5.5:1:1500-2500。