CN108435259A - 一种掺杂纳米二氧化钛聚苯胺复合光催化剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种掺杂纳米二氧化钛聚苯胺复合光催化剂的制备方法，该方法利用导电聚合物聚苯胺、钛酸四丁酯、氟化铵和硫脲等组分，通过水热法制备。本发明制备的掺杂纳米二氧化钛聚苯胺复合光催化剂在可见光下具有良好的光催化降解水、空气污染物的能力，可用于纤维、无纺布、皮革表面处理剂。
Description
技术领域
本发明涉及光催化剂技术领域，具体涉及一种掺杂纳米二氧化钛聚苯胺复合光催化剂的制备方法。
背景技术
水污染、空气污染等环境问题已成为人们关注焦点之一，对各种污染物的治理是当前迫切需要解决的问题。针对这些环境问题，研究者们开发出了多种方法用于污染物的处理，如氧化法、吸附法等方法，然而氧化法和吸附法都难以彻底清除污染物。近十几年，光催化技术受到了重点关注，光催化技术是借助光催化剂可以在太阳辐射下在水中产生高氧化活性物种，使有机污染物降解的技术。因此，光催化技术是一种简单、环保的解决水污染、空气污染问题的方法。在众多光催化剂中，纳米二氧化钛（TiO2）因其具有高效、无毒、化学性质稳定等优点，使其成为一种具有大规模应用潜力的光催化剂，然而，纳米TiO2通常在紫外光环境下才有光催化性能。此外，纳米TiO2在光的激发下产生的电子与空穴容易复合，量子效率低，导致其实际降解能力下降。
正对上述问题，研究者采用其它的元素对其掺杂，拓宽它对光的吸收范围，最好是能在可见光下实现催化功能，提高纳米TiO2的降解能力也有研究者利用负载物负载，减少电子与空穴的复合，以提高降解能力，但在可见光下具有催化活性，又具有良好负载材料的纳米TiO2却鲜见报道。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种在可见光下具有催化能力，并有良好负载提高其光催化能力的掺杂纳米二氧化钛聚苯胺复合光催化剂的制备方法
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
一种掺杂纳米二氧化钛聚苯胺复合光催化剂的制备方法，包括以下制备步骤：
S1、将N-苯基甘氨酸和苯胺按一定摩尔比混合，再加入过硫酸铵进行氧化聚合反应，干燥后得到聚苯胺；
S2、量取一定比例的无水乙醇和钛酸四丁酯，不断搅拌至混合均匀，得到钛酸四丁酯溶液；
S3、配置pH为1的酸溶液，酸溶液包括以下组分：无水乙醇70%、去离子水20%、氧化乙烯和氧化丙烯的嵌段共聚物3%、聚苯胺5%、氟化铵1%和硫脲1%；
S4、将酸溶液缓慢滴加到钛酸四丁酯溶液中，不断搅拌至混合均匀，0.5h后将混合溶液移至反应釜中，进行反应，反应完成后，得到的产物在常温下干燥，再用玛瑙研钵研磨，得到掺杂纳米二氧化钛聚苯胺复合光催化剂。
优选地，前述步骤S1中， N-苯基甘氨酸和苯胺的摩尔比为1:1~1:0，过硫酸铵为N-苯基甘氨酸和苯胺摩尔总数的1.5~2倍。
再优选地，前述步骤S2中，无水乙醇和钛酸四丁酯的质量比为3:1~6:1。
更优选地，前述步骤S4中，酸溶液和钛酸四丁酯溶液的质量比为1:9~1:2。
进一步优选地，前述步骤S4中，反应釜中的反应温度为80~120℃。
具体地，前述步骤S4中，反应釜中的反应时间为48~72h。
本发明的有益之处在于：
（1）操作简单、成本低廉，能适应大规模实际生产；
（2）本发明所制备的掺杂纳米二氧化钛聚苯胺复合光催化剂由氮、氟、硫掺杂，能在可见光下实现对有机物的降解；
（3）本发明制备的掺杂纳米二氧化钛聚苯胺复合光催化剂引入了导电聚合物聚苯胺，具有高的光催化活性，可快速实现对污染物的降解，适用于除去家装、油漆等残留有害气体物质以及污水处理。
附图说明
图1是本发明的实施例1至5中制得的光催化剂和对比例光催化剂对罗丹明6G降解效率图。
具体实施方式
以下结合附图1和具体实施例对本发明作具体的介绍。
实施例1
一种掺杂纳米二氧化钛聚苯胺复合光催化剂的制备方法，包括以下制备步骤：
S1、将N-苯基甘氨酸和苯胺按摩尔比1:1混合，再加入过硫酸铵进行氧化聚合反应，干燥后得到聚苯胺；其中，过硫酸铵为N-苯基甘氨酸和苯胺摩尔总数的1.5倍；
S2、量取质量比为3:1的无水乙醇和钛酸四丁酯，不断搅拌至混合均匀，得到钛酸四丁酯溶液；
S3、配置pH为1的酸溶液，酸溶液包括以下组分：无水乙醇70%、去离子水20%、氧化乙烯和氧化丙烯的嵌段共聚物（Pluronic F127）3%、聚苯胺5%、氟化铵1%和硫脲1%；
S4、将酸溶液缓慢滴加到钛酸四丁酯溶液中，不断搅拌至混合均匀，其中，酸溶液和钛酸四丁酯溶液的质量比为1:9，0.5h后将混合溶液移至反应釜中，进行反应，反应温度为80℃，反应时间为72h，反应完成后，得到的产物在常温下干燥，再用玛瑙研钵研磨，得到掺杂纳米二氧化钛聚苯胺复合光催化剂。
实施例2
一种掺杂纳米二氧化钛聚苯胺复合光催化剂的制备方法，包括以下制备步骤：
S1、将N-苯基甘氨酸和苯胺按摩尔比2：1混合，再加入过硫酸铵进行氧化聚合反应，干燥后得到聚苯胺；其中，过硫酸铵为N-苯基甘氨酸和苯胺摩尔总数的1.6倍；
S2、量取质量比为4:1的无水乙醇和钛酸四丁酯，不断搅拌至混合均匀，得到钛酸四丁酯溶液；
S3、配置pH为1的酸溶液，酸溶液包括以下组分：无水乙醇70%、去离子水20%、氧化乙烯和氧化丙烯的嵌段共聚物（Pluronic F127）3%、聚苯胺5%、氟化铵1%，和硫脲1%；
S4、将酸溶液缓慢滴加到钛酸四丁酯溶液中，不断搅拌至混合均匀，其中，酸溶液和钛酸四丁酯溶液的质量比为1:5，0.5h后将混合溶液移至反应釜中，进行反应，反应温度为100℃，反应时间为56h，反应完成后，得到的产物在常温下干燥，再用玛瑙研钵研磨，得到掺杂纳米二氧化钛聚苯胺复合光催化剂。
实施例3
一种掺杂纳米二氧化钛聚苯胺复合光催化剂的制备方法，包括以下制备步骤：
S1、将N-苯基甘氨酸和苯胺按摩尔比1:0混合，再加入过硫酸铵进行氧化聚合反应，干燥后得到聚苯胺；其中，过硫酸铵为N-苯基甘氨酸和苯胺摩尔总数的1.5倍；
S2、量取质量比为6:1的无水乙醇和钛酸四丁酯，不断搅拌至混合均匀，得到钛酸四丁酯溶液；
S3、配置pH为1的酸溶液，酸溶液包括以下组分：无水乙醇70%、去离子水20%、氧化乙烯和氧化丙烯的嵌段共聚物（Pluronic F127）3%、聚苯胺5%、氟化铵1%，和硫脲1%；
S4、将酸溶液缓慢滴加到钛酸四丁酯溶液中，不断搅拌至混合均匀，其中，酸溶液和钛酸四丁酯溶液的质量比为1:2，0.5h后将混合溶液移至反应釜中，进行反应，反应温度为120℃，反应时间为48h，反应完成后，得到的产物在常温下干燥，再用玛瑙研钵研磨，得到掺杂纳米二氧化钛聚苯胺复合光催化剂。
实施例4
一种掺杂纳米二氧化钛聚苯胺复合光催化剂的制备方法，包括以下制备步骤：
S1、将N-苯基甘氨酸和苯胺按摩尔比5：1混合，再加入过硫酸铵进行氧化聚合反应，干燥后得到聚苯胺；其中，过硫酸铵为N-苯基甘氨酸和苯胺摩尔总数的2倍；
S2、量取质量比为5:1的无水乙醇和钛酸四丁酯，不断搅拌至混合均匀，得到钛酸四丁酯溶液；
S3、配置pH为1的酸溶液，酸溶液包括以下组分：无水乙醇70%、去离子水20%、氧化乙烯和氧化丙烯的嵌段共聚物（Pluronic F127）3%、聚苯胺5%、氟化铵1%，和硫脲1%；
S4、将酸溶液缓慢滴加到钛酸四丁酯溶液中，不断搅拌至混合均匀，其中，酸溶液和钛酸四丁酯溶液的质量比为1:6，0.5h后将混合溶液移至反应釜中，进行反应，反应温度为90℃，反应时间为72h，反应完成后，得到的产物在常温下干燥，再用玛瑙研钵研磨，得到掺杂纳米二氧化钛聚苯胺复合光催化剂。
实施例5
一种掺杂纳米二氧化钛聚苯胺复合光催化剂的制备方法，包括以下制备步骤：
S1、将N-苯基甘氨酸和苯胺按摩尔比4:1混合，再加入过硫酸铵进行氧化聚合反应，干燥后得到聚苯胺；其中，过硫酸铵为N-苯基甘氨酸和苯胺摩尔总数的1.8倍；
S2、量取质量比为6:1的无水乙醇和钛酸四丁酯，不断搅拌至混合均匀，得到钛酸四丁酯溶液；
S3、配置pH为1的酸溶液，酸溶液包括以下组分：无水乙醇70%、去离子水20%、氧化乙烯和氧化丙烯的嵌段共聚物（Pluronic F127）3%、聚苯胺5%、氟化铵1%和硫脲1%；
S4、将酸溶液缓慢滴加到钛酸四丁酯溶液中，不断搅拌至混合均匀，其中，酸溶液和钛酸四丁酯溶液的质量比为1:3，0.5h后将混合溶液移至反应釜中，进行反应，反应温度为80℃，反应时间为72h，反应完成后，得到的产物在常温下干燥，再用玛瑙研钵研磨，得到掺杂纳米二氧化钛聚苯胺复合光催化剂。
对比例1
商用催化剂P25型二氧化钛是由德国德固萨Degussa公司用气相法生产工艺生产的二氧化钛，其通过四氯化钛氢火焰燃烧得到。
性能检测试验
光催化活性评价：通过光催化模拟降解罗丹明 6G来考察，具体步骤如下，分别称取实施例1~5中制备的光催化剂和对比例的P25型二氧化钛各0.03g于100mL石英试管中，加入20ml的去离子水，为达到均匀分散，超声10min。向其中各加入45ml罗丹明6G（R6G），暗处理30min，使催化剂材料颗粒与R6G分子达到吸附-脱附平衡，取5ml上清液经离心作为紫外检测0min时刻的降解液（即R6G初始浓度C 0）；打开光反应仪，500W汞灯照射下，准备进行光降解模拟污染物实验，每间隔20min取一次降解液，离心取反应的上清液用于紫外检测，研究R6G的降解状态作为对光催化剂性能的考察。
表 1合成的光催化剂对罗丹明6G分解率(%)
按照20min、40min、60min后，从R6G的降解率可以看出（附图1和表1），与对比例1比较，实施例1～5所合成的光催化剂对R6G的降解比对比例1要明显快，在60min后，实施例1～5所合成的光催化剂能较为彻底地分解R6G，说明本发明制备光催化剂具有更佳的催化效果。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种掺杂纳米二氧化钛聚苯胺复合光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：
S1、将N-苯基甘氨酸和苯胺按一定摩尔比混合，再加入过硫酸铵进行氧化聚合反应，干燥后得到聚苯胺；
S2、量取一定比例的无水乙醇和钛酸四丁酯，不断搅拌至混合均匀，得到钛酸四丁酯溶液；
S3、配置pH为1的酸溶液，酸溶液包括以下组分：无水乙醇70%、去离子水20%、氧化乙烯和氧化丙烯的嵌段共聚物3%、聚苯胺5%、氟化铵1%和硫脲1%；
S4、将酸溶液缓慢滴加到钛酸四丁酯溶液中，不断搅拌至混合均匀，0.5h后将混合溶液移至反应釜中，进行反应，反应完成后，得到的产物在常温下干燥，再用玛瑙研钵研磨，得到掺杂纳米二氧化钛聚苯胺复合光催化剂。
2.根据权利要求1所述的掺杂纳米二氧化钛聚苯胺复合光催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中， N-苯基甘氨酸和苯胺的摩尔比为1:1~1:0，过硫酸铵为N-苯基甘氨酸和苯胺摩尔总数的1.5~2倍。
3.根据权利要求1所述的掺杂纳米二氧化钛聚苯胺复合光催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，无水乙醇和钛酸四丁酯的质量比为3:1~6:1。
4.根据权利要求1所述的掺杂纳米二氧化钛聚苯胺复合光催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，酸溶液和钛酸四丁酯溶液的质量比为1:9~1:2。
5.根据权利要求1所述的掺杂纳米二氧化钛聚苯胺复合光催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，反应釜中的反应温度为80~120℃。
6.根据权利要求1所述的掺杂纳米二氧化钛聚苯胺复合光催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，反应釜中的反应时间为48~72h。
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| CN113231106A (zh) * | 2021-05-11 | 2021-08-10 | 浙江理工大学 | 一种将二氧化钛纳米花负载于涤纶纤维上的制备方法 |
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- 2018-03-26 CN CN201810251600.3A patent/CN108435259A/zh active Pending
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