CN102921458A - 一种聚噻吩纳米光催化剂及其制备和再生方法 - Google Patents

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程杨
安良
王光辉
李晓敏
高芳
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Abstract

本发明涉及一种聚噻吩纳米光催化剂及其制备和再生方法。其技术方案：先将30~70wt%的油相和5~20wt%的去离子水混合，边搅拌边加入20~60wt%的表面活性剂，搅拌，制得W/O微乳液；然后加入聚合引发剂，聚合引发剂与W/O微乳液的质量比为1∶(140~180)，搅拌，制得含有引发剂的W/O微乳液；最后滴加噻吩单体，噻吩单体与含有引发剂的W/O微乳液的质量比为1∶(1200~1500)，搅拌；固液分离，洗涤，干燥，制得聚噻吩纳米光催化剂。聚噻吩纳米光催化剂在使用后采用离心机进行分离，洗涤，干燥，得到再生的聚噻吩纳米光催化剂。所制备的聚噻吩纳米光催化剂性质稳定、粒径均匀和单分散性好；所制备的聚噻吩纳米光催化剂通过再生能重复使用。

Description

一种聚噻吩纳米光催化剂及其制备和再生方法
技术领域
本发明属于光催化技术领域。具体涉及一种聚噻吩纳米光催化剂及其制备和再生方法。
背景技术
随着人们对环境保护的重视，光催化这种新型的环境污染治理技术越来越引起人们的关注。传统的光催化方法一般采用无机半导体作为催化剂，比如：TiO2，ZnO和Cu2O等。但因为无机半导体存在量子效率低和不能有效利用可见光等缺点，限制了光催化技术的大规模应用。因此，找到一种有效的新型光催化剂尤为重要。
导电聚合物是一种具有导电性的高分子聚合物，又称导电高分子。由于导电聚合物具有独特的光电性质，引起了国内外学者的极大兴趣，目前研究十分活跃的导电聚合物有聚噻吩、聚苯胺、聚吡咯和聚吡啶等。在众多导电聚合物中，聚噻吩具有电导率高、稳定性好、易功能化和加工性好的优点，在光电材料、电磁屏蔽、微波吸收以及人造器官等领域具有良好的应用前景。
半导体在可见光或紫外光作用下能产生电子-空穴对，光生电子或空穴能和吸附在半导体表面的02、H20及污染物分子结合，发生一系列的氧化还原反应，使污染物分子降解。由于聚噻吩具有独特的光电子效应，在可见光或紫外光的照射下也能产生电子-空穴对，因此聚噻吩也可以应用于光催化领域。目前，将聚噻吩应用于光催化领域的报道主要集中于其结合无机半导体进行光催化降解有机物的尝试，且获得了较好的效果。而单纯以聚噻吩作为光催化剂的研究，国内外还未见报道。
一种由过孔方式产生的聚噻吩球形体的制备方法（CN 102617868 A）的专利技术，该技术采用过孔的方法制备出了聚噻吩纳米球形材料，而且通过改变聚噻吩初始溶液的浓度可以控制聚噻吩球体的大小。该方法虽简单易行，成本低廉。但是合成出来的聚噻吩纳米球体并不规整，而且合成过程中使用的有机溶剂无法回收，会对环境造成危害。
发明内容
本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种价格低廉和环境友好的聚噻吩纳米光催化剂的制备方法，用该方法制备的聚噻吩纳米光催化剂不仅性质稳定、粒径均匀和形状规整，且单分散性好和对有机污染物的吸附能力强；所制备的聚噻吩纳米光催化剂通过再生能重复使用。
为实现上述目的，本发明所采用技术方案的具体步骤是：
步骤1、在室温条件下，先将30~70wt%的油相和5~20wt%的去离子水混合，然后边搅拌边逐量加入20~60wt%的表面活性剂，再搅拌1.5~2.5h，制得W/O微乳液；
步骤2、将聚合引发剂加入所述的W/O微乳液中，聚合引发剂与W/O微乳液的质量比为1∶(140~180)，搅拌1~2小时，制得含有引发剂的W/O微乳液；
步骤3、将噻吩单体滴加到所述含有引发剂的W/O微乳液中，噻吩单体与含有引发剂的W/O微乳液的质量比为1∶(1200~1500)，搅拌0.5~4.5h；再进行固液分离，对固液分离后的固体产物用乙醇洗涤，然后在60~80℃和真空条件下干燥6~9h，制得聚噻吩纳米光催化剂；密封保存待用。
所述油相为甲苯、环己烷、石油醚和异辛烷中的一种。
所述表面活性剂为TritonX-100、Tween-80、Span-60和十二烷基磺酸钠中的一种。
所述聚合引发剂为六水合三氯化铁、过氧化氢、硝酸铈铵和过硫酸铵中的一种。
所述固液分离是采用离心机进行分离，离心机转速为3000~5000r/min，固液分离的时间为5~10min。
上述技术方案所制备的聚噻吩纳米光催化剂的再生方法是：所述的聚噻吩纳米光催化剂在使用后采用离心机进行分离，离心机转速为3000~5000r/min，再对固液分离后使用过的聚噻吩纳米光催化剂用乙醇洗涤，然后在70~90℃和真空条件下干燥6~10h，得到再生的聚噻吩纳米光催化剂；密封保存待用。
由于采用上述技术方案，本发明和现有技术相比具有以下优点：
1、本发明采用的是W/O微乳液法，该法设备简单，操作容易，条件温和，而且有机溶剂容易回收，绿色环保。
2、本发明可人为控制合成颗粒的大小，合成颗粒粒径分布窄，所制备的聚噻吩纳米光催化剂具有性质稳定、粒径均匀、形状规整的特点。
3、本发明所制备的聚噻吩纳米光催化剂在水溶液中单分散性好、对有机污染物的吸附能力强，在处理含偶氮类染料的废水时，将聚噻吩纳米光催化剂加入到废水中搅拌，在紫外光的照射下发生反应，具有较高的光催化活性，能有效降解偶氮类有机污染物，操作简单。
4、本发明所制备的聚噻吩纳米光催化剂使用后通过离心、洗涤、干燥的方式使聚噻吩纳米光催化剂可以重复使用，再生方法简单。
因此，本发明具有价格低廉和环境友好的特点，所制备的聚噻吩纳米光催化剂不仅性质稳定、粒径均匀和形状规整，且单分散性好和对有机污染物的吸附能力强；所制备的聚噻吩纳米光催化剂通过再生能重复使用。
附图说明
图1为本发明制备的一种聚噻吩纳米光催化剂的透射电子显微镜图片；
图2为图1所制光催化剂与普通聚噻吩颗粒在UV体系下的光催化降解橙II性能对比图；
图3为图1所制聚噻吩纳米光催化剂在UV体系下重复光催化降解橙II实验的性能图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述，并非对其保护范围的限制。
为避免重复，先将本具体实施方式所涉及的固液分离统一描述如下，实施例中不再赘述：所述固液分离是采用离心机进行分离，离心机转速为3000~5000r/min。
实施例Ⅰ
一种聚噻吩纳米光催化剂及其制备和再生方法。聚噻吩纳米光催化剂的其制体步骤是：
步骤1、在室温条件下，先将30~38wt%的油相和5~8wt%的去离子水混合，然后边搅拌边逐量加入20~28wt%的表面活性剂，再搅拌1.5~2.0h，制得W/O微乳液；
步骤2、将聚合引发剂加入所述的W/O微乳液中，聚合引发剂与W/O微乳液的质量比为1∶(140~150)，搅拌1~2小时，制得含有引发剂的W/O微乳液；
步骤3、将噻吩单体滴加到所述含有引发剂的W/O微乳液中，噻吩单体与含有引发剂的W/O微乳液的质量比为1∶(1200~1260)，搅拌0.5~1.5h；再进行固液分离，对固液分离后的固体产物用乙醇洗涤，然后在60~80℃和真空条件下干燥6~9h，制得聚噻吩纳米光催化剂；密封保存待用。
本实施例中：所述油相为甲苯；所述表面活性剂为TritonX-100；所述聚合引发剂为六水合三氯化铁。
本实施例所制备的聚噻吩纳米光催化剂的再生方法是：聚噻吩纳米光催化剂在使用后采用离心机进行分离，离心机转速为3000~5000r/min，再对固液分离后使用过的聚噻吩纳米光催化剂用乙醇洗涤，然后在70~90℃和真空条件下干燥6~10h，得到再生的聚噻吩纳米光催化剂；密封保存待用。
实施例2
一种聚噻吩纳米光催化剂及其制备和再生方法。除油相为环己烷、表面活性剂为Tween-80和聚合引发剂为过氧化氢外，其余同实施例1。
实施例3
一种聚噻吩纳米光催化剂及其制备和再生方法。除油相为石油醚、表面活性剂为Span-60和聚合引发剂为硝酸铈铵外，其余同实施例1。
实施例4
一种聚噻吩纳米光催化剂及其制备和再生方法。除油相为异辛烷、表面活性剂为十二烷基磺酸钠和聚合引发剂为过硫酸铵外，其余同实施例1。
实施例5
一种聚噻吩纳米光催化剂及其制备和再生方法。聚噻吩纳米光催化剂的其制体步骤是：
步骤1、在室温条件下，先将38~46wt%的油相和8~11wt%的去离子水混合，然后边搅拌边逐量加入28~36wt%的表面活性剂，再搅拌2.0~2.5h，制得W/O微乳液；
步骤2、将聚合引发剂加入所述的W/O微乳液中，聚合引发剂与W/O微乳液的质量比为1∶(150~160)，搅拌1~2小时，制得含有引发剂的W/O微乳液；
步骤3、将噻吩单体滴加到所述含有引发剂的W/O微乳液中，噻吩单体与含有引发剂的W/O微乳液的质量比为1∶(1260~1320)，搅拌1.2~2.0h；再进行固液分离，对固液分离后的固体产物用乙醇洗涤，然后在60~80℃和真空条件下干燥6~9h，制得聚噻吩纳米光催化剂；密封保存待用。
本实施例所制备的聚噻吩纳米光催化剂的再生方法同实施例1。
实施例6
一种聚噻吩纳米光催化剂及其制备和再生方法。除油相为环己烷、表面活性剂为Tween-80和聚合引发剂为过氧化氢外，其余同实施例5。
实施例7
一种聚噻吩纳米光催化剂及其制备和再生方法。除油相为石油醚、表面活性剂为Span-60和聚合引发剂为硝酸铈铵外，其余同实施例5。
实施例8
一种聚噻吩纳米光催化剂及其制备和再生方法。除油相为异辛烷、表面活性剂为十二烷基磺酸钠和聚合引发剂为过硫酸铵外，其余同实施例5。
实施例9
一种聚噻吩纳米光催化剂及其制备和再生方法。聚噻吩纳米光催化剂的其制体步骤是：
步骤1、在室温条件下，先将46~54wt%的油相和11~14wt%的去离子水混合，然后边搅拌边逐量加入36~44wt%的表面活性剂，再搅拌1.5~2.0h，制得W/O微乳液；
步骤2、将聚合引发剂加入所述的W/O微乳液中，聚合引发剂与W/O微乳液的质量比为1∶(160~170)，搅拌1~2小时，制得含有引发剂的W/O微乳液；
步骤3、将噻吩单体滴加到所述含有引发剂的W/O微乳液中，噻吩单体与含有引发剂的W/O微乳液的质量比为1∶(1320~1380)，搅拌2.0~3.0h；再进行固液分离，对固液分离后的固体产物用乙醇洗涤，然后在60~80℃和真空条件下干燥6~9h，制得聚噻吩纳米光催化剂；密封保存待用。
本实施例所制备的聚噻吩纳米光催化剂的再生方法同实施例1。
实施例10
一种聚噻吩纳米光催化剂及其制备和再生方法。除油相为环己烷、表面活性剂为Tween-80和聚合引发剂为过氧化氢外，其余同实施例9。
实施例11
一种聚噻吩纳米光催化剂及其制备和再生方法。除油相为石油醚、表面活性剂为Span-60和聚合引发剂为硝酸铈铵外，其余同实施例9。
实施例12
一种聚噻吩纳米光催化剂及其制备和再生方法。除油相为异辛烷、表面活性剂为十二烷基磺酸钠和聚合引发剂为过硫酸铵外，其余同实施例9。
实施例13
一种聚噻吩纳米光催化剂及其制备和再生方法。聚噻吩纳米光催化剂的其制体步骤是：
步骤1、在室温条件下，先将54~62wt%的油相和14~17wt%的去离子水混合，然后边搅拌边逐量加入44~52wt%的表面活性剂，再搅拌2.0~2.5h，制得W/O微乳液；
步骤2、将聚合引发剂加入所述的W/O微乳液中，聚合引发剂与W/O微乳液的质量比为1∶(165~175)，搅拌1~2小时，制得含有引发剂的W/O微乳液；
步骤3、将噻吩单体滴加到所述含有引发剂的W/O微乳液中，噻吩单体与含有引发剂的W/O微乳液的质量比为1∶(1380~1440)，搅拌3.0~4.0h；再进行固液分离，对固液分离后的固体产物用乙醇洗涤，然后在60~80℃和真空条件下干燥6~9h，制得聚噻吩纳米光催化剂；密封保存待用。
本实施例所制备的聚噻吩纳米光催化剂的再生方法同实施例1。
实施例14
一种聚噻吩纳米光催化剂及其制备和再生方法。除油相为环己烷、表面活性剂为Tween-80和聚合引发剂为过氧化氢外，其余同实施例13。
实施例15
一种聚噻吩纳米光催化剂及其制备和再生方法。除油相为石油醚、表面活性剂为Span-60和聚合引发剂为硝酸铈铵外，其余同实施例13。
实施例16
一种聚噻吩纳米光催化剂及其制备和再生方法。除油相为异辛烷、表面活性剂为十二烷基磺酸钠和聚合引发剂为过硫酸铵外，其余同实施例13。
实施例17
一种聚噻吩纳米光催化剂及其制备和再生方法。聚噻吩纳米光催化剂的其制体步骤是：
步骤1、在室温条件下，先将62~70wt%的油相和17~20wt%的去离子水混合，然后边搅拌边逐量加入52~60wt%的表面活性剂，再搅拌1.5~2.0h，制得W/O微乳液；
步骤2、将聚合引发剂加入所述的W/O微乳液中，聚合引发剂与W/O微乳液的质量比为1∶(170~180)，搅拌1~2小时，制得含有引发剂的W/O微乳液；
步骤3、将噻吩单体滴加到所述含有引发剂的W/O微乳液中，噻吩单体与含有引发剂的W/O微乳液的质量比为1∶(1440~1500)，搅拌3.5~4.5h；再进行固液分离，对固液分离后的固体产物用乙醇洗涤，然后在60~80℃和真空条件下干燥6~9h，制得聚噻吩纳米光催化剂；密封保存待用。
实施例18
一种聚噻吩纳米光催化剂及其制备和再生方法。除油相为环己烷、表面活性剂为Tween-80和聚合引发剂为过氧化氢外，其余同实施例17。
实施例19
一种聚噻吩纳米光催化剂及其制备和再生方法。除油相为石油醚、表面活性剂为Span-60和聚合引发剂为硝酸铈铵外，其余同实施例17。
实施例20
一种聚噻吩纳米光催化剂及其制备和再生方法。除油相为异辛烷、表面活性剂为十二烷基磺酸钠和聚合引发剂为过硫酸铵外，其余同实施例17。
本具体实施方式和现有技术相比具有以下优点：
1、本具体实施方式采用的是W/O微乳液法，该法设备简单，操作容易，条件温和，而且有机溶剂容易回收，绿色环保。
2、本具体实施方式可人为控制合成颗粒的大小，合成颗粒粒径分布窄，所制备的聚噻吩纳米光催化剂具有性质稳定、粒径均匀、形状规整的特点；图1为实施例13所制备的一种聚噻吩纳米光催化剂的透射电子显微镜图片，从图中可以看出所述聚噻吩纳米光催化剂的粒径在90-130nm之间，粒径均匀；3、本具体实施方式所制备的聚噻吩纳米光催化剂在水溶液中单分散性好、对有机污染物的吸附能力强，在处理含偶氮类染料的废水时，将聚噻吩纳米光催化剂加入到废水中搅拌，在紫外光的照射下发生反应，具有较高的光催化活性，能有效降解偶氮类有机污染物，操作简单；图2为实施例13所制备的一种聚噻吩纳米光催化剂与普通聚噻吩颗粒在UV体系下的光催化降解橙II性能对比图，从图中可以看出经过两小时的紫外光照，所述聚噻吩纳米光催化剂降解橙Ⅱ的效率达到92%，光催化活性强，同时从图中也可以看出，所述聚噻吩纳米光催化剂的光催化活性要高于普通聚噻吩颗粒。
4、本具体实施方式所制备的聚噻吩纳米光催化剂使用后通过离心、洗涤、干燥的方式使聚噻吩纳米光催化剂可以重复使用，再生方法简单；图3为实施例13所制备的一种聚噻吩纳米光催化剂在UV体系下重复光催化降解橙II实验的性能图，从图中可以看出重复使用6次，虽然经过两小时的紫外光照之后，所述聚噻吩纳米光催化剂降解橙Ⅱ的效率逐渐降低，但均大于88%，光催化活性仍然较高。
因此，本具体实施方式具有价格低廉和环境友好的特点，所制备的聚噻吩纳米光催化剂不仅性质稳定、粒径均匀和形状规整，且单分散性好和对有机污染物的吸附能力强；所制备的聚噻吩纳米光催化剂通过再生能重复使用。

Claims (7)

1.一种聚噻吩纳米光催化剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1、在室温条件下，先将30~70wt%的油相和5~20wt%的去离子水混合，然后边搅拌边逐量加入20~60wt%的表面活性剂，再搅拌1.5~2.5h，制得W/O微乳液；
步骤2、将聚合引发剂加入所述的W/O微乳液中，聚合引发剂与W/O微乳液的质量比为1∶(140~180)，搅拌1~2小时，制得含有引发剂的W/O微乳液；
步骤3、将噻吩单体滴加到所述含有引发剂的W/O微乳液中，噻吩单体与含有引发剂的W/O微乳液的质量比为1∶(1200~1500)，搅拌0.5~4.5h；再进行固液分离，对固液分离后的固体产物用乙醇洗涤，然后在60~80℃和真空条件下干燥6~9h，制得聚噻吩纳米光催化剂；密封保存待用。
2.根据权利要求1所述的聚噻吩纳米光催化剂的制备方法，其特征在于所述油相为甲苯、环己烷、石油醚和异辛烷中的一种。
3.根据权利要求1所述的聚噻吩纳米光催化剂的制备方法，其特征在于所述表面活性剂为TritonX-100、Tween-80、Span-60和十二烷基磺酸钠中的一种。
4.根据权利要求1所述的聚噻吩纳米光催化剂的制备方法，其特征在于所述聚合引发剂为六水合三氯化铁、过氧化氢、硝酸铈铵和过硫酸铵中的一种。
5.根据权利要求1所述的聚噻吩纳米光催化剂的制备方法，其特征在于所述固液分离是采用离心机进行分离，离心机转速为3000~5000r/min。
6.根据权利要求1~5项中任一项所述的聚噻吩纳米光催化剂的制备方法所制备的聚噻吩纳米光催化剂。
7.一种如权利要求1所述的聚噻吩纳米光催化剂的制备方法所制备的聚噻吩纳米光催化剂的再生方法，其特征在于所述的聚噻吩纳米光催化剂在使用后采用离心机进行分离，离心机转速为3000~5000r/min，再对固液分离后使用过的聚噻吩纳米光催化剂用乙醇洗涤，然后在70~90℃和真空条件下干燥6~10h，得到再生的聚噻吩纳米光催化剂；密封保存待用。
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