CN109748351A - 一种3d打印光催化器件的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种3D打印光催化器件的制备方法，由以下方法制得：通过制备可造孔线材和高透光线材，将可造孔线材打印成器件边框，高透光线材打印上下面板，再在器件内部填装光催化剂后封装，得3D打印光催化器件。本发明利用边框多孔性使得污染物分子自由进出，阻止粉体光催化扩散，解决了难收回的问题，制备方法简单，成本低廉，器件可重复利用，光催化效果较好。

Description

一种3D打印光催化器件的制备方法
技术领域
本发明属于环境处理技术领域，具体涉及一一种3D打印光催化器件的制备方法。
背景技术
随着工业化进程加速，能源短缺和环境污染问题日益突出。水体污染一直是一个严重的环境问题，水体中即使是微量重金属、染料、药物对人体损害都是极大的。水污染处理方法很多，其中光催化技术是一种利用新能源来解决环境污染问题的有效方法，它利用光催化降解有毒有害物质，提供了一种非常环保治理污染方法。但是目前大部分光催化剂为粉体，难回收成为限制其应用的一大难题，器件化则是解决这个难题的可行方法。
目前实现器件化方法很多，如将催化剂涂覆在各种材料表面，CN201510118618.2和CN201510118543.8公开了两种光催化涂覆剂的制备方法和涂覆方法，这种方法负载率较高，但较为复杂，且固载的催化剂易脱落。也有与高分子材料直接熔融共混制成各种光催化材料，此法较为简单，但催化剂大部分包覆在高分子内部，造成浪费。
3D打印是一种新型的智能增材制造技术，相比传统成型方式相比，具有快速制备、精细化制造、材料利用率高、制件结构可设计等优点。其中熔融沉积成型(FDM)最为普及的3D打印技术，它可将高分子材料打印成复杂结构的器件，以满足不同应用的不同需求。
设计“纽扣电池”式的容器，纽扣的上下面由高透光树脂材料经3D打印而成，而纽扣的边框由可造孔材料打印而成，放入水中形成多孔，实现染料分子的自由进出，阻止粉体光催化扩散，解决了难收回的问题。制备方法简单，成本低廉，器件可重复利用，光催化效果好。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种3D打印光催化器件的制备方法。为了实现本发明的目的，具体技术方案如下：
一种3D打印光催化器件的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配比将塑料基材、水溶性造孔剂混匀后通过螺杆熔融挤出造粒，将所得粒料通过线材机牵引成3D打印线材，得到可造孔线材；
(2)将高透光树脂通过螺杆熔融挤出造粒，将所得粒料通过线材机牵引成3D打印线材，得到高透光线材；
(3)通过多材质3D打印机一体化打印，将步骤(1)中得到的可造孔线材打印成器件边框，步骤(2)中得到的高透光线材打印上下面板，再在器件的上下面板之间所形成的内部空腔中填装光催化剂后封装，得3D打印光催化器件，可造孔线材打印成的器件边框在放入水中能形成多孔，实现染料分子的自由进出，且能阻止粉体光催化扩散，解决了难收回的问题。
所述的水溶性造孔剂选自PVP、PVA、蔗糖、NaCl、碳酸钠中一种或几种。
所述步骤（1）中的塑料基材与水溶性造孔剂的配比为：塑料基材60~95份，水溶性造孔剂20~40份。
所述的塑料基材选自聚乳酸(PLA)、聚己内酯(PCL)、聚丁二酸丁二脂(PBS)、聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯(PBAT)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(ABS)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)中的一种或多种。
所述的高透光树脂选自聚对苯二甲酸乙二醇酯-1,4-环己烷二甲醇酯(PETG)、热塑性聚氨酯弹性体橡胶(TPU)、聚对苯二甲酸乙二醇酯-1,4-环己烷二甲醇酯(PCTG)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中的一种或多种。
所述的光催化剂选自二氧化钛(TiO2)、氧化锌(ZnO)、氧化锡(SnO2)、二氧化锆(ZrO2)、硫化镉(CdS)或其衍生物。
所述3D打印光催化器件应用于催化降解罗丹明B。
采用上述技术方案后，本发明具有如下特点和优点：1、制备方法简单高效，器件可重复利用；2、解决了粉体光催化剂难回收问题。
附图说明
图1是应用本发明实施例1所制备的3D打印光催化器件的两个可套在一起且尺寸不一样的外壳对比图。
图2是应用本发明实施例1所制备的3D打印光催化器件对罗丹明B光降解曲线。
具体实施方式
实施例1
(1)将6kg PLA、4kg PVA混匀后通过螺杆熔融挤出造粒，双螺杆挤出机参数为：一区100℃，二区110℃，三区130℃，四区140℃，五区150℃，六区160℃，七区170℃，八区170℃，九区160℃，模头150℃，转速为200 rpm，挤出造粒，得到线材母粒，将所得粒料通过线材机牵引成3D打印线材，线材机参数为：一区160℃，二区170℃，三区170℃，四区160℃，转速为50rpm，挤出的丝水冷冷却，通过牵引机牵引并控制出丝线径1.75mm，得到可造孔线材；
(2)将10kg PETG通过线材机牵引成3D打印线材，线材机参数为：一区200℃，二区210℃，三区200℃，四区200℃，转速为50 rpm，挤出的丝水冷冷却，通过牵引机牵引并控制出丝线径1.75mm，得到高透光线材；
(3)通过多材质3D打印机一体化打印，将步骤(1)中得到的可造孔线材打印成器件边框，打印温度180℃，步骤(2)中得到的高透光线材打印上下面板，打印温度230℃，再在器件内部填装P25后封装，得3D打印光催化器件。
将所得到的3D打印光催化器件1.0 g加入到 100mL浓度为50mg/L的罗丹明B溶液中，避光搅拌60min 使达到吸附脱附平衡后，以可见卤钨灯（500W）为光源进行光照，每隔一定时间取样、离心分离，取上清液，用紫外分光光度计分别测定吸光度。得应用本发明实施例1所制备的3D打印光催化器件对罗丹明B光降解曲线，具体如图2所示。
实施例2
(1)将7kg PLA、3kg NaCl混匀后通过螺杆熔融挤出造粒，双螺杆挤出机参数为：一区100℃，二区110℃，三区130℃，四区140℃，五区150℃，六区160℃，七区170℃，八区170℃，九区160℃，模头150℃，转速为200 rpm，挤出造粒，得到线材母粒，将所得粒料通过线材机牵引成3D打印线材，线材机参数为：一区160℃，二区170℃，三区170℃，四区160℃，转速为50 rpm，挤出的丝水冷冷却，通过牵引机牵引并控制出丝线径1.75mm，得到可造孔线材；
(2)将10kg PETG通过线材机牵引成3D打印线材，线材机参数为：一区200℃，二区210℃，三区200℃，四区200℃，转速为50 rpm，挤出的丝水冷冷却，通过牵引机牵引并控制出丝线径1.75mm，得到高透光线材；
(3)通过多材质3D打印机一体化打印，将步骤(1)中得到的可造孔线材打印成器件边框，打印温度180℃，步骤(2)中得到的高透光线材打印上下面板，打印温度230℃，再在器件内部填装SnO2后封装，得3D打印光催化器件。
实施例3
(1)将7kg PBAT、3kg Na2CO3混匀后通过螺杆熔融挤出造粒，双螺杆挤出机参数为：一区80℃，二区90℃，三区100℃，四区110℃，五区120℃，六区130℃，七区135℃，八区130℃，九区120℃，模头110℃，转速为200 rpm，挤出造粒，得到线材母粒，将所得粒料通过线材机牵引成3D打印线材，线材机参数为：一区120℃，二区130℃，三区130℃，四区120℃，转速为50 rpm，挤出的丝水冷冷却，通过牵引机牵引并控制出丝线径1.75mm，得到可造孔线材；
(2)将10kg TPU通过线材机牵引成3D打印线材，线材机参数为：一区160℃，二区170℃，三区170℃，四区160℃，转速为50 rpm，挤出的丝水冷冷却，通过牵引机牵引并控制出丝线径1.75mm，得到高透光线材；
(3)通过多材质3D打印机一体化打印，将步骤(1)中得到的可造孔线材打印成器件边框，打印温度130℃，步骤(2)中得到的高透光线材打印上下面板，打印温度180℃，再在器件内部填装ZnO后封装，得3D打印光催化器件。
实施例4
将8 kg PBS、2kg PVA混匀后通过螺杆熔融挤出造粒，双螺杆挤出机参数为：一区70℃，二区80℃，三区90℃，四区100℃，五区100℃，六区110℃，七区110℃，八区100℃，九区100℃，模头90℃，转速为150 rpm，挤出造粒，得到线材母粒，将所得粒料通过线材机牵引成3D打印线材，线材机参数为：一区100℃，二区110℃，三区110℃，四区100℃，转速为30 rpm，挤出的丝水冷冷却，通过牵引机牵引并控制出丝线径1.75mm，得到可造孔线材；
(2)将8kg PETG、2kgTPU通过线材机牵引成3D打印线材，线材机参数为：一区200℃，二区210℃，三区200℃，四区200℃，转速为50 rpm，挤出的丝水冷冷却，通过牵引机牵引并控制出丝线径1.75mm，得到高透光线材；
(3)通过多材质3D打印机一体化打印，将步骤(1)中得到的可造孔线材打印成器件边框，打印温度110℃，步骤(2)中得到的高透光线材打印上下面板，打印温度220℃，再在器件内部填装P25后封装，得3D打印光催化器件。

Claims (7)

1.一种3D打印光催化器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按配比将塑料基材、水溶性造孔剂混匀后通过螺杆熔融挤出造粒，将所得粒料通过线材机牵引成3D打印线材，得到可造孔线材；
(2)将高透光树脂通过螺杆熔融挤出造粒，将所得粒料通过线材机牵引成3D打印线材，得到高透光线材；
(3)通过多材质3D打印机一体化打印，将步骤(1)中得到的可造孔线材打印成器件边框，步骤(2)中得到的高透光线材打印成器件的上下面板，再在器件的上下面板之间所形成的内部空腔中填装光催化剂后封装，得3D打印光催化器件，可造孔线材打印成的器件边框在放入水中能形成多孔，实现染料分子的自由进出，且能阻止粉体光催化扩散，解决了难收回的问题。
2.根据权利要求1所述的一种3D打印光催化器件的制备方法，其特征在于，所述的水溶性造孔剂选自PVP、PVA、蔗糖、NaCl、碳酸钠中一种或几种。
3.根据权利要求1所述的一种3D打印光催化器件的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中的塑料基材与水溶性造孔剂的配比为：塑料基材60~95份，水溶性造孔剂20~40份。
4.根据权利要求1或3所述的一种3D打印光催化器件的制备方法，其特征在于，所述的塑料基材选自聚乳酸(PLA)、聚己内酯(PCL)、聚丁二酸丁二脂(PBS)、聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯(PBAT)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(ABS)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种3D打印光催化器件的制备方法，其特征在于，所述的高透光树脂选自聚对苯二甲酸乙二醇酯-1,4-环己烷二甲醇酯(PETG)、热塑性聚氨酯弹性体橡胶(TPU)、聚对苯二甲酸乙二醇酯-1,4-环己烷二甲醇酯(PCTG)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种3D打印光催化器件的制备方法，其特征在于，所述的光催化剂选自二氧化钛(TiO2)、氧化锌(ZnO)、氧化锡(SnO2)、二氧化锆(ZrO2)、硫化镉(CdS)或其衍生物。
7.一种权利要求1-6任一所述的制备方法制得的3D打印光催化器件，其特征在于：所述3D打印光催化器件应用于催化降解罗丹明B。
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