[發明專利]一種碳納米片層負載TiO2

有效

• 申請號: 201910857053.8
• 申請日: 2019-09-11
• 公開（公告）號: CN110523398B
• 公開（公告）日: 2021-08-06
• 發明（設計）人: 徐世平;鄭旭陽;張啟亮;李璐璐;池英華;岳欽艷;高寶玉
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: B01J20/26
• 分類號: B01J20/26;B01J20/30;B01D15/08;B01J21/18;B01J21/06
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 楊磊

本發明涉及一種碳納米片層負載TiO₂分子印跡材料及其制備方法和應用，該材料是以碳納米片層負載TiO₂為基質，抗生素為模板，借助分子印跡技術制備而成。材料中TiO₂為銳鈦礦，碳納米片層石墨化，不僅可以富集溶液中低濃度抗生素還可以加速光生電子?空穴分離。材料表面由于具有豐富的印跡空穴，能夠特異性識別吸附環丙沙星并迅速傳質給光催化活性物種，因此表現出很強的吸附和光催化協同性和選擇性，其對模板環丙沙星的吸附和光催化選擇性系數分別高達7.2和3.2。本發明所述制備方法工藝簡單、成本低廉，制得的分子印跡光催化材料對于選擇性降解環境中特定污染物具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明涉及一種碳納米片層負載TiO₂分子印跡材料及其制備方法和應用，屬于納米復合材料制備領域。

背景技術

近年來，由于抗生素等藥物及個人護理品的大量生產及不合理應用，其對環境的污染問題變得日益嚴重。TiO₂光催化作為一種環境友好技術，可以在溫和條件下對有機污染物進行快速有效降解，且不產生二次污染，近年來廣泛應用于抗生素廢水處理研究。實際水環境中抗生素等藥物濃度較低，與光催化劑接觸有限，導致降解速率緩慢。研究發現，通過將 TiO₂與碳材料復配制備出的復合光催化材料，借助碳材料的高效吸附性能，表現出了良好的污染物富集能力。前期，本發明的發明人成功制備了碳納米片層負載TiO₂材料，可參見中國專利文件CN108654586A(專利申請號：201810427935.6)；其中，碳片層一方面可以快速大量吸附溶液中抗生素并傳質給TiO₂，另一方面借助其導電性抑制光生載流子復合，因此，碳納米片層負載TiO₂材料在協同吸附-光催化降解污染物，比如單一抗生素廢水方面，表現出了明顯的優勢。然而，由于光催化反應中的活性物種，如羥基自由基、超氧自由基等沒有選擇性，在混合體系中，該材料對污染物的去除仍然沒有特定的選擇性，導致實際水體中光催化降解抗生素效率較低。同時，在不同污染物濃度的體系中，高濃度污染物很容易對低濃度污染物進行干擾，導致對低濃度污染物的選擇性去除效果差。因此，尋找選擇性降解催化材料，尤其是對低濃度污染物可實現高效率、高選擇性降解的催化材料，顯得尤為迫切。

分子印跡技術是近年發展起來的一門新興技術，其核心是用模板在固體材料中創造特定的分子識別位點，產生三維交聯聚合物網絡結構，進而形成與模板分子化學結構和空間排列互補的印記空穴，即分子特異性結合位點，因而可以優先與特定模板選擇性結合。該技術目前已被廣泛用于人工抗體、傳感器、色譜固定相分離、催化、藥物載體等領域。近年來開發的表面分子印跡方法，即將目標分子印跡在無機基質上，可獲得一種具有更高剛性、熱穩定性以及表面積的印跡材料。與傳統的分子印跡相比，表面分子印跡具有更大的親和力和選擇性、更多的識別位點、更快的結合動力學。如今，針對不同的應用需求，種類繁多的無機材料，如TiO₂、SiO₂、碳納米管等，已用作表面印跡技術的基質。

目前，基于分子印跡技術的光催化材料也有諸多專利文件報道，例如：中國專利文件 CN106955726A公開了一種基于石墨碳化氮選擇性降解環丙沙星的分子印跡催化膜及制備方法。中國專利文件CN101531396A公布了一種分子印跡功能化TiO₂納米管及制備方法。中國專利文件CN107519941A公開了一種表面分子印跡氯摻雜二氧化鈦光催化劑的制備方法。

然而，在諸多公開文件中，所報道分子印跡材料對目標污染物的選擇吸附性能提高較小，如后續表1所示，目標污染物與競爭污染物間的吸附容量之比，及其降解速率之比通常都在 2以下，這使得諸材料所能使用的目標污染物濃度范圍大為受限，對于實際復雜水體中低濃度污染物的選擇性降解效果仍然不佳。