[發明專利]一種殼聚糖基硫化鎘氣凝膠材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202110767279.6
• 申請日: 2021-07-07
• 公開（公告）號: CN113385117A
• 公開（公告）日: 2021-09-14
• 發明（設計）人: 盧啟芳;肖金花;薛義松;魏明志;郭恩言;唐文昊
• 申請（專利權）人: 齊魯工業大學
• 主分類號: B01J13/00
• 分類號: B01J13/00;B01J31/06;B01J27/04;B01J35/08;B01J20/26;B01J20/28;B01J20/30;C02F1/28;C02F1/30;C02F101/30
• 代理公司: 濟南格源知識產權代理有限公司 37306
• 代理人: 劉曉政

本發明涉及一種殼聚糖基硫化鎘氣凝膠材料及其制備方法和應用，具體為一種殼聚糖/聚乙烯醇/硫化鎘氣凝膠微球光催化材料，其形貌為在殼聚糖/聚乙烯醇氣凝膠微球表面負載硫化鎘納米顆粒。本發明氣凝膠材料應用于吸附?光催化降解剛果紅，具有吸附?光催化協同降解的性能，并且可有效的防止了硫化鎘納米顆粒的團聚，方便回收重復利用；同時本發明的制備方法，操作簡便，原料成本低廉，適合大規模工業化生產。

技術領域

本發明涉及一種殼聚糖基硫化鎘氣凝膠材料及其制備方法和應用，屬于無機光催化材料技術領域。

背景技術

在紡織行業的生產和應用過程中，大約會有1-15％的合成紡織染料未經處理而直接排進廢水中，這些帶著染料的廢水不僅阻礙了太陽光的透過，大部分還有毒性，會直接破壞水環境生態系統。剛果紅是一種在紡織行業很常用的聯苯胺類的陰離子偶氮染料，具有化學性質穩定和生物不可降解等特性，對人的皮膚和眼睛都有刺激，還容易導致嗜睡和呼吸問題。另外，偶氮染料會分解產生致癌物質芳香胺，對人體健康有著巨大的威脅。因此，探究剛果紅的染料廢水的處理方法具有重要意義。

自1972年藤島昭和本多建一在發現TiO₂在紫外光照射下可以將水分解為氧氣和氫氣，開創了光催化的研究。此后。TiO₂納米材料作為一種半導體光催化劑，在環境處理和太陽能轉換領域得到了廣泛的研究。然而，TiO₂由于其3.2eV的帶隙，只能吸收紫外光，這僅占入射太陽光譜全部能量的4％左右。為了充分利用占太陽光中主要部分的可見光，開發具有可見光響應的光催化劑具有重要意義。

硫化鎘(CdS)是一種具有可見光響應的典型的n型半導體，其帶隙較窄(約2.4eV)，在光催化領域上有著廣泛研究。然而，CdS光催化體系存在一些缺陷。例如，在水溶液中，CdS顆粒容易團聚，使得比表面積減小，光生電子(e^-)-空穴(h⁺)對的分離效率降低，從而表現出較差的光催化性能。此外，粉末類的光催化劑還存在難以回收再利用等局限性。這些問題都限制了CdS 的光催化活性及其應用。因此，可以通過制備硫化鎘復合材料解決上述問題，如以石墨烯為載體負載硫化鎘，石墨烯的二維層狀結構，可以很好的成為硫化鎘納米顆粒的負載基體(Journal of the American Chemical Society,2011,133, 28,10878-10884)，硫化鎘包覆碳納米管，碳納米管的空間限域效應可以很好的防止硫化鎘團聚(Journal ofMaterials Chemistry A:Materials for Energy and Sustainability,2014,2,48,20939-20946)，用硫化鎘修飾聚多巴胺，聚多巴胺有著強大的金屬螯合能力，可以作為鎘離子等金屬的錨點，以此有效的解決硫化鎘顆粒的團聚(Journal of Physical ChemistryC,2019,123,9,5345–5352) 等。通過制備硫化鎘復合材料可以提高硫化鎘的分散性能，增大比表面積，降低電子空穴對的復合，進而提高光催化性能。

殼聚糖(CS)是一種天然親水性陽離子聚合物，對金屬離子的吸附性能優良，主要是由于聚合物基質中存在高含量的氨基(-NH₂)和羥基(-OH)，這使其成為合成半導體量子點和半導體復合催化劑的合適基質。此外，大量研究還表明，將催化劑固定在殼聚糖上有利于催化劑的回收和循環使用。然而，殼聚糖的耐酸性較低，易溶于酸性溶液。因此可以通過添加聚乙烯醇(PVA) 來提高殼聚糖在酸性條件下的化學穩定性。PVA是一種廉價且無毒的聚合物，具有良好的機械強度，含有的活性羥基容易被不同的官能團改性。考慮到殼聚糖與聚乙烯醇表面官能團的優勢，將CdS負載在殼聚糖/聚乙烯醇的表面可以有效的分散CdS并提高其光穩定性和光催化活性。