[發(fā)明專利]一種3D打印骨架＠氧化鋅的光催器件的制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910657588.0
• 申請日: 2019-07-20
• 公開（公告）號: CN110394192A
• 公開（公告）日: 2019-11-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 肖荔人;張孟麗;夏新曙;楊裕金;李薇;薛琿;錢慶榮;陳慶華
• 申請（專利權(quán)）人: 福建師范大學(xué)
• 主分類號: B01J31/26
• 分類號: B01J31/26;B29C48/05;B29C64/379;B29C64/118;B33Y10/00;B33Y40/00
• 代理公司: 福州智理專利代理有限公司 35208
• 代理人: 王義星

本發(fā)明公開一種3D打印骨架@氧化鋅的光催器件的制備方法，由以下方法制得：(1)制備含生物質(zhì)的耐熱型線材，通過3D打印(FDM)獲得不同結(jié)構(gòu)骨架制件；(2)在3D打印骨架表面水熱合成氧化鋅。本發(fā)明的光催器件，具有光催效率高，易于回收，成本較低，制備工藝簡單等優(yōu)點。可應(yīng)用于污水、空氣和土壤中有機污染物的光催化降解處理。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于廢水、廢氣處理的環(huán)保領(lǐng)域，具體涉及一種3D打印骨架@氧化鋅的光催器件的制備方法。

背景技術(shù)

隨著工業(yè)化進程快速推進，重經(jīng)濟輕環(huán)保的發(fā)展模式造成了大氣、水體、土壤等環(huán)境污染問題。這些問題給人類社會的可持續(xù)發(fā)展帶來重大挑戰(zhàn)，解決環(huán)境問題已是刻不容緩。其中水體污染是極其重要的一個環(huán)節(jié)。水污染處理方法很多，其中光催化技術(shù)是一種利用新能源來解決環(huán)境污染問題的有效方法，它利用光催化降解有毒有害物質(zhì)，提供了一種非常環(huán)保治理污染方法。但是目前大部分光催化劑為粉體，難回收成為限制其應(yīng)用的一大難題，器件化則是解決這個難題的可行方法。

目前實現(xiàn)器件化方法很多，如將催化劑涂覆在各種材料表面，CN201510118618.2和CN201510118543.8公開了兩種光催化涂覆劑的制備方法和涂覆方法，這種方法負載率較高，但較為復(fù)雜，且固載的催化劑易脫落。也有與高分子材料直接熔融共混制成各種光催化材料，此法較為簡單，但催化劑大部分包覆在高分子內(nèi)部，造成浪費。

3D打印是一種新型的智能增材制造技術(shù)，相比傳統(tǒng)成型方式相比，具有快速制備、精細化制造、材料利用率高、制件結(jié)構(gòu)可設(shè)計等優(yōu)點。其中熔融沉積成型(FDM)最為普及的3D打印技術(shù)，它可將高分子材料打印成復(fù)雜結(jié)構(gòu)的器件，以滿足不同應(yīng)用的不同需求。

水熱反應(yīng)一般在水熱反應(yīng)釜中進行，水熱反應(yīng)釜為受熱自生壓密封壓力容器。水熱合成技術(shù)是一種反應(yīng)溫和、易控、節(jié)能和少污染的新合成路線，具有價態(tài)穩(wěn)定化作用與非氧嵌入特征等特點。

如果能將3D打印器件與光催化降解相結(jié)合，將會大大拓展3D打印應(yīng)用范圍。本發(fā)明通過3D打印技術(shù)與水熱技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)光催化劑在3D打印制件上的固定化。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種3D打印骨架@氧化鋅的光催器件的制備方法。

本發(fā)明所選基體樹脂是一種具有優(yōu)良的機械性能、耐熱性和可加工性的材料，也是3D打印(FDM)的主流材料。本發(fā)明引入一種體積微小的單細胞自養(yǎng)生物，富含功能性官能團能使3D打印器件表面更加易于負載ZnO，通過雙螺桿擠出工藝制造含生物質(zhì)的3D打印線材，將耐熱性好的樹脂作為基體，使3D打印器件在光催化劑ZnO合成過程中保持其原有形貌。

本發(fā)明光催化劑ZnO通過水熱的方法進行合成，在ZnO水熱法合成過程中加入3D打印制件，實現(xiàn)將其負載于3D制件的目的。ZnO水熱合成溫度為100～200℃，反應(yīng)溫度較低，合成過程中不會造成3D打印制件基體樹脂老化、降解。與熔融共混法相比，能夠解決光催化劑與高分子材料直接熔融共混制成的光催化材料，大部分光催化助劑包覆在高分子內(nèi)部，造成浪費等問題。與沉淀法直接負載相比，能夠解決光催化劑與基體結(jié)合力差、易于脫落的問題。

為了實現(xiàn)本發(fā)明，具體技術(shù)方案如下：

一種3D打印骨架@氧化鋅的光催器件的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)將基體樹脂59-91份、生物質(zhì)8-40份、白油0.05-2份置于高速捏合機中，保持轉(zhuǎn)速1000-6000rpm，高速攪拌5-20min后投入到螺桿擠出機，加工溫度160-255℃，螺桿轉(zhuǎn)速80-280rpm，擠出造粒，得到母粒經(jīng)線材機擠出、牽引、收卷成線材，得到皮芯結(jié)構(gòu)3D打印線材，再用3D打印得到形狀可控的3D打印骨架；

(2)將鋅鹽和有機酸加入去離子水中水解均勻，在10-80r/min速率攪拌下滴入堿溶液調(diào)節(jié)PH=8-10，得到的懸浮液在25-60kHz下進行超聲處理；