CN113171795B - 一种碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料及其制备方法和应用 - Google Patents
一种碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料及其制备方法和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113171795B CN113171795B CN202110463666.0A CN202110463666A CN113171795B CN 113171795 B CN113171795 B CN 113171795B CN 202110463666 A CN202110463666 A CN 202110463666A CN 113171795 B CN113171795 B CN 113171795B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- titanium carbide
- perylene
- perylene bisimide
- photocatalytic material
- composite photocatalytic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N trimethyl(1,1,2,2,2-pentafluoroethyl)silane Chemical compound C[Si](C)(C)C(F)(F)C(F)(F)F MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 155
- CSHWQDPOILHKBI-UHFFFAOYSA-N peryrene Natural products C1=CC(C2=CC=CC=3C2=C2C=CC=3)=C3C2=CC=CC3=C1 CSHWQDPOILHKBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 146
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 111
- 125000002080 perylenyl group Chemical group C1(=CC=C2C=CC=C3C4=CC=CC5=CC=CC(C1=C23)=C45)* 0.000 title claims abstract description 110
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 86
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 title claims abstract description 83
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 239000002135 nanosheet Substances 0.000 claims abstract description 71
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 claims abstract description 36
- 239000002957 persistent organic pollutant Substances 0.000 claims abstract description 31
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 20
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 14
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims abstract description 12
- 238000001338 self-assembly Methods 0.000 claims abstract description 12
- GSEJCLTVZPLZKY-UHFFFAOYSA-N Triethanolamine Chemical compound OCCN(CCO)CCO GSEJCLTVZPLZKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 238000001132 ultrasonic dispersion Methods 0.000 claims abstract description 4
- -1 perylene imide Chemical class 0.000 claims description 45
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 34
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 21
- RAXXELZNTBOGNW-UHFFFAOYSA-N imidazole Natural products C1=CNC=N1 RAXXELZNTBOGNW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- PYWVYCXTNDRMGF-UHFFFAOYSA-N rhodamine B Chemical group [Cl-].C=12C=CC(=[N+](CC)CC)C=C2OC2=CC(N(CC)CC)=CC=C2C=1C1=CC=CC=C1C(O)=O PYWVYCXTNDRMGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 229940043267 rhodamine b Drugs 0.000 claims description 14
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 13
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 13
- PQXKHYXIUOZZFA-UHFFFAOYSA-M lithium fluoride Chemical compound [Li+].[F-] PQXKHYXIUOZZFA-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 12
- 238000013033 photocatalytic degradation reaction Methods 0.000 claims description 12
- XMEVHPAGJVLHIG-FMZCEJRJSA-N chembl454950 Chemical compound [Cl-].C1=CC=C2[C@](O)(C)[C@H]3C[C@H]4[C@H]([NH+](C)C)C(O)=C(C(N)=O)C(=O)[C@@]4(O)C(O)=C3C(=O)C2=C1O XMEVHPAGJVLHIG-FMZCEJRJSA-N 0.000 claims description 11
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 11
- 229960004989 tetracycline hydrochloride Drugs 0.000 claims description 11
- UCMIRNVEIXFBKS-UHFFFAOYSA-N beta-alanine Chemical compound NCCC(O)=O UCMIRNVEIXFBKS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000000975 dye Substances 0.000 claims description 7
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 claims description 7
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000009830 intercalation Methods 0.000 claims description 6
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 6
- 239000003242 anti bacterial agent Substances 0.000 claims description 5
- 229940088710 antibiotic agent Drugs 0.000 claims description 5
- 229940000635 beta-alanine Drugs 0.000 claims description 5
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 4
- 230000002687 intercalation Effects 0.000 claims description 4
- 239000002121 nanofiber Substances 0.000 claims description 4
- CLYVDMAATCIVBF-UHFFFAOYSA-N pigment red 224 Chemical compound C=12C3=CC=C(C(OC4=O)=O)C2=C4C=CC=1C1=CC=C2C(=O)OC(=O)C4=CC=C3C1=C42 CLYVDMAATCIVBF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 claims description 4
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000003115 biocidal effect Effects 0.000 claims description 3
- 229910021642 ultra pure water Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000012498 ultrapure water Substances 0.000 claims description 3
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 abstract description 18
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 abstract description 11
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 abstract description 5
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 74
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 20
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 19
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 12
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 10
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 7
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 7
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 5
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 4
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- ZMANZCXQSJIPKH-UHFFFAOYSA-N Triethylamine Chemical compound CCN(CC)CC ZMANZCXQSJIPKH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000012876 carrier material Substances 0.000 description 3
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 3
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 3
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000282414 Homo sapiens Species 0.000 description 2
- 238000003917 TEM image Methods 0.000 description 2
- 239000004098 Tetracycline Substances 0.000 description 2
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 2
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 238000010893 electron trap Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 2
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 2
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 2
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 2
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 2
- 239000002064 nanoplatelet Substances 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 125000001997 phenyl group Chemical group [H]C1=C([H])C([H])=C(*)C([H])=C1[H] 0.000 description 2
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 description 2
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 229960002180 tetracycline Drugs 0.000 description 2
- 229930101283 tetracycline Natural products 0.000 description 2
- 235000019364 tetracycline Nutrition 0.000 description 2
- 150000003522 tetracyclines Chemical class 0.000 description 2
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 description 2
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 2
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MCSXGCZMEPXKIW-UHFFFAOYSA-N 3-hydroxy-4-[(4-methyl-2-nitrophenyl)diazenyl]-N-(3-nitrophenyl)naphthalene-2-carboxamide Chemical compound Cc1ccc(N=Nc2c(O)c(cc3ccccc23)C(=O)Nc2cccc(c2)[N+]([O-])=O)c(c1)[N+]([O-])=O MCSXGCZMEPXKIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000208140 Acer Species 0.000 description 1
- 238000005033 Fourier transform infrared spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000001157 Fourier transform infrared spectrum Methods 0.000 description 1
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 1
- 230000032900 absorption of visible light Effects 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- GTDPSWPPOUPBNX-UHFFFAOYSA-N ac1mqpva Chemical compound CC12C(=O)OC(=O)C1(C)C1(C)C2(C)C(=O)OC1=O GTDPSWPPOUPBNX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009303 advanced oxidation process reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000010170 biological method Methods 0.000 description 1
- 230000031018 biological processes and functions Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 1
- 239000000539 dimer Substances 0.000 description 1
- 125000000118 dimethyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 description 1
- 238000004043 dyeing Methods 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 238000004108 freeze drying Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 238000002173 high-resolution transmission electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 230000004298 light response Effects 0.000 description 1
- 230000000813 microbial effect Effects 0.000 description 1
- 150000007530 organic bases Chemical class 0.000 description 1
- FVDOBFPYBSDRKH-UHFFFAOYSA-N perylene-3,4,9,10-tetracarboxylic acid Chemical compound C=12C3=CC=C(C(O)=O)C2=C(C(O)=O)C=CC=1C1=CC=C(C(O)=O)C2=C1C3=CC=C2C(=O)O FVDOBFPYBSDRKH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010672 photosynthesis Methods 0.000 description 1
- 230000029553 photosynthesis Effects 0.000 description 1
- 231100000572 poisoning Toxicity 0.000 description 1
- 230000000607 poisoning effect Effects 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 229940072172 tetracycline antibiotic Drugs 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J31/00—Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds
- B01J31/02—Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds containing organic compounds or metal hydrides
- B01J31/0234—Nitrogen-, phosphorus-, arsenic- or antimony-containing compounds
- B01J31/0235—Nitrogen containing compounds
- B01J31/0245—Nitrogen containing compounds being derivatives of carboxylic or carbonic acids
- B01J31/0247—Imides, amides or imidates (R-C=NR(OR))
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J27/00—Catalysts comprising the elements or compounds of halogens, sulfur, selenium, tellurium, phosphorus or nitrogen; Catalysts comprising carbon compounds
- B01J27/20—Carbon compounds
- B01J27/22—Carbides
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/20—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their non-solid state
- B01J35/23—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their non-solid state in a colloidal state
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
- B01J35/39—Photocatalytic properties
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/30—Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
- C07D471/00—Heterocyclic compounds containing nitrogen atoms as the only ring hetero atoms in the condensed system, at least one ring being a six-membered ring with one nitrogen atom, not provided for by groups C07D451/00 - C07D463/00
- C07D471/02—Heterocyclic compounds containing nitrogen atoms as the only ring hetero atoms in the condensed system, at least one ring being a six-membered ring with one nitrogen atom, not provided for by groups C07D451/00 - C07D463/00 in which the condensed system contains two hetero rings
- C07D471/06—Peri-condensed systems
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/30—Organic compounds
- C02F2101/34—Organic compounds containing oxygen
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/30—Organic compounds
- C02F2101/36—Organic compounds containing halogen
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/30—Organic compounds
- C02F2101/38—Organic compounds containing nitrogen
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2305/00—Use of specific compounds during water treatment
- C02F2305/10—Photocatalysts
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
- Y02W10/30—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies
- Y02W10/37—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies using solar energy
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明公开了一种碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料及其制备方法和应用，该材料是以碳化钛纳米片为载体，其上自组装有苝酰亚胺超分子材料。制备方法包括：将苝酰亚胺、水、三乙醇胺制成苝酰亚胺分散液，加入碳化钛纳米片，超声分散，滴加入酸溶液进行自组装反应，得到上述材料。本发明碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料具有催化活性好、稳定性好、环境友好等优点，是一种性能优异的新型催化剂，能够用于处理有机污染物废水，并能够实现对废水中有机污染物的有效去除，使用价值高，应用前景好，同时，本发明制备方法具有操作简单、成本低廉等优点，适合于大规模制备，有利于工业化应用。
Description
技术领域
本发明属于材料技术领域，涉及一种碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料及其制备方法和应用。
背景技术
随着人类社会的不断进步发展，抗生素大量地被应用于临床治疗、农业及畜牧业，抗生素类药物的滥用现象已经成为全球性的问题。其中，大部分的四环素会以其原始形态进入到水环境中去，使得由滥用四环素类抗生素导致的一系列环境污染问题不断加剧。此外，由于染料工业的发展，大量的印染废水被排放到水体中，影响水生生物的生长，严重的也会影响到人类的健康。目前，水中的有机污染物主要是通过下面三种方法去除的：吸附法、生物法和高级氧化法。吸附法效率低且会造成二次污染，生物法在降解四环素的过程中会因微生物中毒失去活性而受到极大的限制，光催化氧化凭借其绿色无污染、成本较低、可以将太阳光作为驱动力的优势，受到了全世界研究者们的关注。
目前，通过自组装制备的一维有机半导体纳米结构被认为是光催化中一类有前途的纳米材料，例如可以用于污染物降解，水分解和光合作用。其中，苝酰亚胺(PDI)及其衍生物由于其具有优异的化学稳定性，光学性能，低成本和结构多样性等优点，被视为作为最优的n型半导体之一，受到了研究人员广泛的关注。然而，苝酰亚胺具有可见光的吸收不足和光生电子空穴对复合速率快等缺点，严重限制了其在光催化降解中的应用。另外，现有苝酰亚胺复合材料中，以氧化还原石墨烯为作为苝酰亚胺的载体材料，由于其表面官能团数量少，与苝酰亚胺超分子结合力度不足，形成复合催化剂稳定性不强，且其所能提供的反应位点数量较少，均导致导致催化活性不足，这些缺陷的存在也限制了现有苝酰亚胺复合材料在有效降解水体中污染物中的广泛应用。因此，获得一种催化活性好、稳定性好、环境友好的苝酰亚胺超分子复合光催化材料，对于有效去除水体中的有机污染物具有十分重要的意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种催化活性好、稳定性好、环境友好的碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料及其制备方法和应用。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料，所述碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料是以碳化钛纳米片为载体，所述碳化钛纳米片上自组装有苝酰亚胺超分子材料。
上述的碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料，进一步改进的，所述碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料中碳化钛纳米片的质量百分含量为0.2％～2％。
上述的碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料，进一步改进的，所述碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料中碳化钛纳米片的质量百分含量为0.5％～1.5％。
上述的碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料，进一步改进的，所述碳化钛纳米片为层状纳米片；所述苝酰亚胺超分子材料为纳米纤维状。
作为一个总的技术构思，本发明还提供了一种上述的碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将苝酰亚胺与水混合，超声分散，滴加入三乙醇胺，搅拌，得到苝酰亚胺分散液；
S2、将步骤S1中得到的苝酰亚胺分散液与碳化钛纳米片混合，超声分散，滴加入酸溶液进行自组装反应，洗涤，干燥，得到碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料。
上述的制备方法，进一步改进的，所述碳化钛纳米片与苝酰亚胺的质量比为0.552～5.53∶276；所述苝酰亚胺与酸溶液的比例为0.276g∶13mL；所述酸溶液为盐酸溶液、硝酸溶液和乙酸溶液中的至少一种；所述酸溶液的浓度为4M。
上述的制备方法，进一步改进的，所述苝酰亚胺的制备方法包括以下步骤：
(1)将苝-3,4,9,10-四羧酸二酸酐、β-丙氨酸和咪唑混合进行反应，得到块状固体；
(2)将步骤(1)中得到的块状固体、无水乙醇和盐酸溶液混合，搅拌，洗涤、干燥后得到苝酰亚胺。
上述的制备方法，进一步改进的，步骤(1)中，所述苝-3,4,9,10-四羧酸二酸酐、β-丙氨酸和咪唑的摩尔比为1∶8∶75～80；所述反应在氩气保护下进行；所述反应的温度为100℃～140℃；所述反应的时间为3h～6h；
步骤(2)中，所述无水乙醇与盐酸溶液的体积比为1∶2～4；所述盐酸溶液的浓度为2M；所述搅拌的时间为10h。
上述的制备方法，进一步改进的，所述碳化钛纳米片的制备方法包括以下步骤：
(a)采用氟化锂与浓盐酸溶液对MAX相钛铝碳进行刻蚀，得到多层碳化钛；
(b)采用二甲亚枫对步骤(a)中得到的多层氮化钛进行插层；
(c)对步骤(b)中插层后的多层碳化钛进行超声处理，得到碳化钛纳米片。
上述的制备方法，进一步改进的，步骤(a)中，所述氟化锂与MAX相钛铝碳的质量比≥1；所述浓盐酸溶液的浓度为9M；所述刻蚀的时间≥48h；
步骤(b)中，所述插层的时间为24h～72h；
步骤(c)中，所述超声处理的时间为4h～6h。
上述的制备方法，进一步改进的，步骤S1中，所述苝酰亚胺、水、三乙醇胺的比例为0.276g∶100mL∶417μL；所述搅拌的时间为5min。
上述的制备方法，进一步改进的，步骤S2中，所述超声分散的时间为15min；所述自组装反应在搅拌条件下进行；所述反应的时间为3h；所述洗涤为采用超纯水自组装反应后得到的产物进行清洗，直至洗涤液的pH值大于6；所述干燥在真空条件下进行；所述干燥的温度为60℃。
作为一个总的技术构思，本发明还提供了一种上述的制备方法制得的碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料在处理有机污染物废水中的应用。
上述的应用，进一步改进的，包括以下步骤：将碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料与有机污染物废水混合进行光催化降解反应，完成对有机污染物废水的处理；所述碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料的添加量为每升有机污染物废水中添加碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料0.4g～0.8g；所述有机污染物废水中的有机污染物为抗生素和/或染料；所述抗生素为盐酸四环素；所述染料为罗丹明B；所述有机污染物废水中的有机污染物的初始浓度为20mg/L；所述光催化降解反应的时间为20min～30min。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明提供了一种碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料，以碳化钛纳米片为载体，碳化钛纳米片上自组装有苝酰亚胺超分子材料。与现有载体材料(石墨烯)相比，本发明中采用的碳化钛纳米片具有以下优点：(a)碳化钛纳米片表面带有各种官能团(例如，O，OH，F)，从而提供反应位点，能够促进与苝酰亚胺超分子材料直接形成牢固的结合；(b)碳化钛纳米片表面的末端Ti位点可以提供更好的氧化还原能力，因为碳化钛纳米片存在不饱和Ti 3d轨道，它可以通过通过供电子缺陷(charge donating defect)和准合金效应(quasi-alloying effects)来吸收水中溶解的分子氧，然后被吸附的氧分子可以被迁移的光生电子活化而生成·O2–强氧化自由基；(c)碳化钛纳米片具有优异的导电性，是加速电荷载流子转移的绝佳“电子陷阱”，即本发明中采用的碳化钛纳米片具有更大的比表面积、更多的活性位点以及更好的导电性，使得光生电荷分离更快，抑制其复合，且电荷在碳化钛上迁移的路程更短，能够更快迁移到催化剂表面参与氧化反应，提升其光量子效率，因而将苝酰亚胺超分子材料通过自组装的方式附着在碳化钛纳米片上，能够显著提高碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料的催化性能和结构稳定性，同时通过碳化钛纳米片的引入，增加了碳化钛/苝酰亚胺超分子体系的π–π堆叠程度，形成了更大的π电子共轭结构，使得碳化钛/苝酰亚胺体系具有更窄的带隙，更低的氧化电位和更广的光响应范围；此外，苝酰亚胺超分子纤维与碳化钛纳米片两者界面间形成的内建电场加速了光生电子的转移，抑制了光生电子-空穴对的重新复合，提升了光量子效率，使得碳化钛/苝酰亚胺复合光催化剂材料表现出优异的光催化降解性能。本发明碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料具有催化活性好、稳定性好、环境友好等优点，是一种性能优异的新型催化剂，能够用于处理有机污染物废水，并能够实现对废水中有机污染物的有效去除，使用价值高，应用前景好。
(2)本发明碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料中，通过优化碳化钛纳米片的质量百分含量为0.2％～2％，使碳化钛纳米片的含量适当，即能够提供足够的负载位点和活性位点，也能够提高传导电子性能，从而能够获得催化性能和稳定性能更好的复合材料，这是因为碳化钛纳米片是作为一个辅助催化剂的存在，若添加量过多，则会导致同质量的复合催化剂中主催化剂PDI的含量量降低，不利于提升材料的催化性能；而若碳化钛纳米片的用量少，则无法提供足够的负载位点和活性位点，因而也不利于提高复合材料的催化性能和稳定性能。
(3)本发明碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料中，采用碳化钛纳米片为层状纳米片，其优势有：纳米片具有更大的比表面积、更多的活性位点、更好的导电性，使得光生电荷分离更快，抑制其复合，且电荷在碳化钛上迁移的路程更短，能够更快迁移到催化剂表面参与氧化反应，提升其光量子效率。
(4)本发明提供了一种碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料的制备方法，先将苝酰亚胺分散在水溶液中，通过滴加有机碱三乙胺，使其溶解以苝酰亚胺的二聚体的形式存在，然后加入碳化钛纳米片均匀分散，再通过滴加酸溶液调节水溶液的pH值来诱导其自组装，由于苝酰亚胺在酸性水溶液中的溶解性差，在氢键和π–π相互作用力的驱动下以超分子的形态锚定在碳化钛纳米片上，由此获得催化性能优异、稳定性好的碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料。本发明制备方法具有操作简单、成本低廉等优点，适合于大规模制备，有利于工业化应用。
(5)本发明还提供了一种碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料在处理有机污染物废水中的应用，通过将碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料与有机污染物废水混合进行光催化降解反应，即可实现对废水中有机污染物的有效去除。本发明利用碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料处理有机污染物废水的方法具有成本低、反应条件温和、操作简单、去除效果好、方便分离回收等优点，可广泛用于处理各类抗生素废水和各类染料废水，并能够高效、彻底的去除废水中的各类抗生素和各类染料，这对于有效处理有机污染物废水具有十分重要的意义。
附图说明
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。
图1为本发明实施例1中制得的碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料(1％-Ti3C2/PDIsm)、碳化钛纳米片(Ti3C2)、苝酰亚胺超分子材料(PDIsm)的TEM图，其中(a)为Ti3C2，(b)为PDIsm，(c)和(d)为1％-Ti3C2/PDIsm。
图2为本发明实施例1中制得的碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料(1％-Ti3C2/PDIsm)、碳化钛纳米片(Ti3C2)、苝酰亚胺超分子材料(PDIsm)的XRD图。
图3为本发明实施例1中制得的碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料(1％-Ti3C2/PDIsm)、苝酰亚胺超分子材料(PDIsm)的傅里叶变换红外光谱图。
图4为本发明实施例2中碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料(0.2％-Ti3C2/PDIsm、0.5％-Ti3C2/PDIsm、1％-Ti3C2/PDIsm、2％-Ti3C2/PDIsm)、碳化钛纳米片(Ti3C2)、苝酰亚胺超分子材料(PDIsm)对盐酸四环素的降解效果图。
图5为本发明实施例3中碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料(0.2％-Ti3C2/PDIsm、0.5％-Ti3C2/PDIsm、1％-Ti3C2/PDIsm、2％-Ti3C2/PDIsm)、碳化钛纳米片(Ti3C2)、苝酰亚胺超分子材料(PDIsm)对罗丹明B的降解效果图。
图6为本发明实施例3中碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料(1％-Ti3C2/PDIsm)对罗丹明B的重复降解效果图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
以下本发明实施例中，若无特别说明，所采用的材料和仪器均为市售，所采用工艺为常规工艺，所采用设备为常规设备，且所得数据均是三次以上重复实验的平均值。
实施例1
一种碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料，以碳化钛纳米片为载体，碳化钛纳米片上自组装有苝酰亚胺超分子材料。
本实施例中，碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料中碳化钛纳米片的质量百分含量为1％。
本实施例中，碳化钛纳米片为层状纳米片；所述苝酰亚胺超分子材料为纳米纤维状。
一种上述本实施例中的碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)采用氟化锂与浓盐酸对MAX相钛铝碳进行刻蚀，然后分别进行插层和分层处理，制备二维层状碳化钛纳米片，具体为：
(1.1)将2.0g的氟化锂与20mL 9M的浓盐酸加入到聚四氟乙烯容器中，搅拌5分钟后加入1.5g的MAX相钛铝碳，在50℃的条件下充分搅拌48小时，将样品用稀盐酸、超纯水和无水乙醇洗涤多次，直至pH时值大于6。把洗涤好的样品60℃真空干燥，收集得到多层碳化钛样品。
(1.2)在氮气保护下，取500mg多层碳化钛样品加入到含有20mL二甲亚枫的烧杯中中，搅拌，插层处理24小时。
(1.3)在氮气保护下，往上述烧杯中加入20mL纯水，将插层后的碳化钛超声处理4小时，冷冻干燥36小时，得到二维层状碳化钛纳米片，记为Ti3C2。
(2)制备苝酰亚胺：
(2.1)将1.376g苝-3,4,9,10-四羧酸二酸酐、2.5gβ-丙氨酸和18g咪唑加入到三颈烧瓶中充分混合，在氩气保护的条件下，100℃反应4小时，冷却至室温后，得到块状固体。
(2.2)将块状固体加入100mL无水乙醇和300mL。浓度为2M的稀盐酸，混合均匀，搅拌10小时，洗涤、干燥后，得到改性后的苝酰亚胺。
(3)制备碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料：
(3.1)将0.276g步骤(2)得到的苝酰亚胺超声分散在100mL纯水中，然后往分散液中缓慢滴加417μL的三乙醇胺，搅拌5分钟，得到深红色的分散液，即为苝酰亚胺分散液。
(3.2)往苝酰亚胺分散液中加入2.76mg步骤(1)得到的层状碳化钛纳米片，搅拌，超声处理15分钟，滴加13mL、浓度为4M的盐酸溶液，搅拌3小时，过滤，将用纯水样品洗涤多次直至pH值大于6，洗掉多余的酸，洗涤好的样品在60℃下真空干燥，得到碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料，记为1％-Ti3C2/PDIsm。
实施例1中，还制备了不同碳化钛纳米片质量百分含量的碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料，其中层状碳化钛纳米片的用量为0.552mg、1.38mg、5.53mg时，对应的碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料依次记为0.2％-Ti3C2/PDIsm、0.5％-Ti3C2/PDIsm、2％-Ti3C2/PDIsm。
实施例1中，还制备了苝酰亚胺超分子材料(PDIsm)，其制备方法为：将苝酰亚胺分散液，搅拌，超声处理15分钟，滴加13mL、浓度为4M的盐酸溶液，搅拌3小时，过滤，将样品洗涤多次直至pH值大于6，洗涤好的样品在60℃下真空干燥，得到苝酰亚胺超分子材料，记为PDIsm。
图1为本发明实施例1中制得的碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料(1％-Ti3C2/PDIsm)、碳化钛纳米片(Ti3C2)、苝酰亚胺超分子材料(PDIsm)的TEM图，其中(a)为Ti3C2，(b)为PDIsm，(c)和(d)为1％-Ti3C2/PDIsm。由图1(a)可知，透明和深色部分分别表示Ti3C2纳米片和堆叠形态。图1(b)和(c)清楚地显示了PDIsm单体纳米纤维结构的特征形态。此外，图1(d)为1％-Ti3C2/PDIsm的高分辨率TEM图像，我们可以看出Ti3C2纳米片和PDIsm之间的清晰边界，其中，左侧没有晶格条纹的部分是PDIsm，而右边间距为0.263nm的明显晶格条纹为Ti3C2，这对应的是Ti3C2的(0110)晶面，即本发明碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料已成功合成。
图2为本发明实施例1中制得的碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料(1％-Ti3C2/PDIsm)、碳化钛纳米片(Ti3C2)、苝酰亚胺超分子材料(PDIsm)的XRD图。由图2可知，对于PDIsm，由于其结晶度较差，其特征衍射峰对应是的10-30°范围内的几个弱峰，图谱中的P1峰是π-π堆叠结构。而且，P1/P0的强度大于1，也进一步证明PDIsm有高度有序的π-π堆叠结构。在碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料(1％-Ti3C2/PDIsm)中很容易发现PDIsm的所有特征衍射峰，这表明Ti3C2纳米片的引入对PDIsm的晶体特性没有影响。由于Ti3C2含量比较低，因此，在碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料(1％-Ti3C2/PDIsm)中无法检测到Ti3C2的特征衍射峰。
图3为本发明实施例1中制得的碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料(1％-Ti3C2/PDIsm)、苝酰亚胺超分子材料(PDIsm)的傅里叶变换红外光谱图。如图3所示，在PDIsm和Ti3C2/PDIsm复合材料的FT-IR图谱中检测到了1591、1655和1690cm-1处相似的峰。PDIsm中的这些典型特征峰分别对应的是苯环、C＝C和C＝O的伸缩振动，表明PDIsm中存在苯环结构和羧基取代基。值得注意的是，与PDIsm相比，T1％-Ti3C2/PDIsm的红外吸收有红移现象，这证实了碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料结合的π-π堆叠程度得到增加。
实施例2
一种碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料在处理有机污染物废水中的应用，具体为利用碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料处理盐酸四环素废水，包括以下步骤：
按照投加量为0.4g/L，称取实施例1中制备的碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料(0.2％-Ti3C2/PDIsm、0.5％-Ti3C2/PDIsm、1％-Ti3C2/PDIsm、2％-Ti3C2/PDIsm)、碳化钛纳米片(Ti3C2)、苝酰亚胺超分子材料(PDIsm)，分别加入到初始浓度为20mg L-1的盐酸四环素废水中，在暗处搅拌，达到吸附饱和后，在光照条件(300W氙灯，光波长大于420nm)下进行光催化降解反应20min，完成对盐酸四环素废水的处理。
空白组：不添加任何催化剂，其他条件相同。
反应过程中，每隔一定时间取样，测定样品中盐酸四环素的含量，以确定催化剂对盐酸四环素的去除率，结果如图4所示。
图4为本发明实施例2中碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料(0.2％-Ti3C2/PDIsm、0.5％-Ti3C2/PDIsm、1％-Ti3C2/PDIsm、2％-Ti3C2/PDIsm)、碳化钛纳米片(Ti3C2)、苝酰亚胺超分子材料(PDIsm)对盐酸四环素的降解效果图。由图4可知，PDIsm单体表现出较差的光催化活性，在20分钟内仅除去了约47.79％的盐酸四环素。另外，不同量的Ti3C2纳米片的引入对PDIsm材料的光催化降解性能均有不同程度的提高，其中1％-Ti3C2/PDIsm对盐酸四环素的降解率达到了74.68％，表明Ti3C2与PDIsm之间的π-π堆叠界面确实提高了PDIsm的光催化性能。
实施例3
一种碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料在处理有机污染物废水中的应用，具体为利用碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料处理罗丹明B废水，包括以下步骤：
按照投加量为0.4g/L，称取实施例1中制备的碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料(0.2％-Ti3C2/PDIsm、0.5％-Ti3C2/PDIsm、1％-Ti3C2/PDIsm、2％-Ti3C2/PDIsm)、碳化钛纳米片(Ti3C2)、苝酰亚胺超分子材料(PDIsm)，分别加入到初始浓度为20mg L-1的罗丹明B废水中，在暗处搅拌，达到吸附饱和后，在光照条件(300W氙灯，光波长大于420nm)下进行光催化降解反应30min，完成对罗丹明B废水的处理。
空白组：不添加任何催化剂，其他条件相同。
反应过程中，每隔一定时间取样，测定样品中罗丹明B的含量，以确定催化剂对罗丹明B的去除率，结果如图5所示。
图5为本发明实施例3中碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料(0.2％-Ti3C2/PDIsm、0.5％-Ti3C2/PDIsm、1％-Ti3C2/PDIsm、2％-Ti3C2/PDIsm)、碳化钛纳米片(Ti3C2)、苝酰亚胺超分子材料(PDIsm)对罗丹明B的降解效果图。由图5可知，PDIsm单体表现出较差的光降解性能，不同量的Ti3C2纳米片的引入对PDIsm材料的光催化降解性能均有不同程度的提高，其中1％-Ti3C2/PDIsm对罗丹明B的降解率达到了95％，进一步表明Ti3C2与PDIsm之间的π-π堆叠界面确实提高了PDIsm的光催化性能。
本实施例中，选用碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料(1％-Ti3C2/PDIsm)重复处理罗丹明B废水，用以考察碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料的光化学稳定性，结果如图6所示。
图6为本发明实施例3中碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料(1％-Ti3C2/PDIsm)对罗丹明B的重复降解效果图。从图6可以看出，经过5次循环实验，所制备的碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料仍然能够有效降解水体中的罗丹明B，这说明本发明制备的碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料保持良好的光催化性能，稳定性较好。
综上可知，本发明碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料具有催化活性好、稳定性好、环境友好等优点，其根本原因是：与现有载体材料(石墨烯)相比，本发明中采用的碳化钛纳米片具有以下优点：(a)碳化钛纳米片表面带有各种官能团(例如，O，OH，F)，从而提供反应位点，能够促进与苝酰亚胺超分子材料直接形成牢固的结合；(b)碳化钛纳米片表面的末端Ti位点可以提供更好的氧化还原能力，因为碳化钛纳米片存在不饱和Ti 3d轨道，它可以通过通过供电子缺陷(charge donating defect)和准合金效应(quasi-alloyingeffects)来吸收水中溶解的分子氧，然后被吸附的氧分子可以被迁移的光生电子活化而生成·O2–强氧化自由基；(c)碳化钛纳米片具有优异的导电性，是加速电荷载流子转移的绝佳“电子陷阱”，即本发明中采用的碳化钛纳米片具有更大的比表面积、更多的活性位点以及更好的导电性，使得光生电荷分离更快，抑制其复合，且电荷在碳化钛上迁移的路程更短，能够更快迁移到催化剂表面参与氧化反应，提升其光量子效率，因而将苝酰亚胺超分子材料通过自组装的方式附着在碳化钛纳米片上，能够显著提高碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料的催化性能和结构稳定性，同时通过碳化钛纳米片的引入，增加了碳化钛/苝酰亚胺超分子体系的π–π堆叠程度，形成了更大的π电子共轭结构，使得碳化钛/苝酰亚胺体系具有更窄的带隙，更低的氧化电位和更广的光响应范围；此外，苝酰亚胺超分子纤维与碳化钛纳米片两者界面间形成的内建电场加速了光生电子的转移，抑制了光生电子-空穴对的重新复合，提升了光量子效率，使得碳化钛/苝酰亚胺复合光催化剂材料表现出优异的光催化降解性能。因此，本申请碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料作为一种性能优异的新型催化剂，能够用于处理有机污染物废水，并能够实现对废水中有机污染物的有效去除，使用价值高，应用前景好。
以上实施例仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料，其特征在于，所述碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料是以碳化钛纳米片为载体，所述碳化钛纳米片上自组装有苝酰亚胺超分子材料；所述碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料中碳化钛纳米片的质量百分含量为0.5％～1.5％；
所述碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料的制备方法包括以下步骤：
1)将苝酰亚胺与水混合，超声分散，滴加入三乙醇胺，搅拌，得到苝酰亚胺分散液；
2)将步骤1)中得到的苝酰亚胺分散液与碳化钛纳米片混合，超声分散，滴加入酸溶液进行自组装反应，洗涤，干燥，得到碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料。
2.根据权利要求1所述的碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料，其特征在于，所述碳化钛纳米片为层状纳米片；所述苝酰亚胺超分子材料为纳米纤维状。
3.一种如权利要求1或2所述的碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将苝酰亚胺与水混合，超声分散，滴加入三乙醇胺，搅拌，得到苝酰亚胺分散液；
S2、将步骤S1中得到的苝酰亚胺分散液与碳化钛纳米片混合，超声分散，滴加入酸溶液进行自组装反应，洗涤，干燥，得到碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述碳化钛纳米片与苝酰亚胺的质量比为0.552～5.53∶276；所述苝酰亚胺与酸溶液的比例为0.276g∶13mL；所述酸溶液为盐酸溶液、硝酸溶液和乙酸溶液中的至少一种；所述酸溶液的浓度为4M；
所述苝酰亚胺的制备方法包括以下步骤：
(1)将苝-3,4,9,10-四羧酸二酸酐、β-丙氨酸和咪唑混合进行反应，得到块状固体；
(2)将步骤(1)中得到的块状固体、无水乙醇和盐酸溶液混合，搅拌，洗涤、干燥后得到苝酰亚胺；
所述碳化钛纳米片的制备方法包括以下步骤：
(a)采用氟化锂与浓盐酸溶液对MAX相钛铝碳进行刻蚀，得到多层碳化钛；
(b)采用二甲亚枫对步骤(a)中得到的多层氮化钛进行插层；
(c)对步骤(b)中插层后的多层碳化钛进行超声处理，得到碳化钛纳米片。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述苝-3,4,9,10-四羧酸二酸酐、β-丙氨酸和咪唑的摩尔比为1∶8∶75～80；所述反应在氩气保护下进行；所述反应的温度为100℃～140℃；所述反应的时间为3h～6h；
步骤(2)中，所述无水乙醇与盐酸溶液的体积比为1∶2～4；所述盐酸溶液的浓度为2M；所述搅拌的时间为10h；
步骤(a)中，所述氟化锂与MAX相钛铝碳的质量比≥1；所述浓盐酸溶液的浓度为9M；所述刻蚀的时间≥48h；
步骤(b)中，所述插层的时间为24h～72h；
步骤(c)中，所述超声处理的时间为4h～6h。
6.根据权利要求3～5中任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述苝酰亚胺、水、三乙醇胺的比例为0.276g∶100mL∶417μL；所述搅拌的时间为5min；
步骤S2中，所述超声分散的时间为15min；所述自组装反应在搅拌条件下进行；所述反应的时间为3h；所述洗涤为采用超纯水自组装反应后得到的产物进行清洗，直至洗涤液的pH值大于6；所述干燥在真空条件下进行；所述干燥的温度为60℃。
7.一种如权利要求1或2所述的碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料或权利要求3～5中任一项所述的制备方法制得的碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料在处理有机污染物废水中的应用。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，包括以下步骤：将碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料与有机污染物废水混合进行光催化降解反应，完成对有机污染物废水的处理；所述碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料的添加量为每升有机污染物废水中添加碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料0.4g～0.8g；所述有机污染物废水中的有机污染物为抗生素和/或染料；所述抗生素为盐酸四环素；所述染料为罗丹明B；所述有机污染物废水中的有机污染物的初始浓度为20mg/L；所述光催化降解反应的时间为20min～30min。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110463666.0A CN113171795B (zh) | 2021-04-26 | 2021-04-26 | 一种碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料及其制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110463666.0A CN113171795B (zh) | 2021-04-26 | 2021-04-26 | 一种碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料及其制备方法和应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113171795A CN113171795A (zh) | 2021-07-27 |
| CN113171795B true CN113171795B (zh) | 2022-10-25 |
Family
ID=76926717
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110463666.0A Active CN113171795B (zh) | 2021-04-26 | 2021-04-26 | 一种碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料及其制备方法和应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113171795B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114011450A (zh) * | 2021-11-08 | 2022-02-08 | 威腾电气集团股份有限公司 | 一种g-C3N4负载PDI的有机光催化剂的制备方法及其应用 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111389458B (zh) * | 2020-01-16 | 2021-11-30 | 江南大学 | 含羧基苝酰亚胺/氧掺杂氮化碳纳米片异质结光催化剂及其制备方法和应用 |
| CN112275321B (zh) * | 2020-11-10 | 2023-12-26 | 河南师范大学 | 一种柔性复合催化膜的制备方法及其应用 |
-
2021
- 2021-04-26 CN CN202110463666.0A patent/CN113171795B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113171795A (zh) | 2021-07-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Fang et al. | Hollow tubular graphitic carbon nitride catalyst with adjustable nitrogen vacancy: Enhanced optical absorption and carrier separation for improving photocatalytic activity | |
| Lv et al. | Two novel MOFs@ COFs hybrid-based photocatalytic platforms coupling with sulfate radical-involved advanced oxidation processes for enhanced degradation of bisphenol A | |
| Wu et al. | Mxene-modulated dual-heterojunction generation on a metal-organic framework (MOF) via surface constitution reconstruction for enhanced photocatalytic activity | |
| Luo et al. | Facile preparation of well-dispersed ZnO/cyclized polyacrylonitrile nanocomposites with highly enhanced visible-light photocatalytic activity | |
| Zhou et al. | Strategies for enhancing the perylene diimide photocatalytic degradation activity: method, effect factor, and mechanism | |
| Zhang et al. | Construction of ultra-stable and Z-scheme Fe-Graphdiyne/MIL-100 (Fe) photo-Fenton catalyst with C= C-Fe| O interface for the highly enhanced catalytic degradation of Dinotefuran | |
| Yu et al. | In situ preparation of g-C3N4/polyaniline hybrid composites with enhanced visible-light photocatalytic performance | |
| Sun et al. | Synthesis of g-C3N4/WO3-carbon microsphere composites for photocatalytic hydrogen production | |
| Zhao et al. | In situ preparation of highly stable polyaniline/W18O49 hybrid nanocomposite as efficient visible light photocatalyst for aqueous Cr (VI) reduction | |
| Wang et al. | Photocatalytic MOF membranes with two-dimensional heterostructure for the enhanced removal of agricultural pollutants in water | |
| Zhou et al. | Three-Dimensional g-C3N4/NH2-UiO-66 graphitic aerogel hybrids with recyclable property for enhanced photocatalytic elimination of nitric oxide | |
| Wu et al. | Fabrication of N, P-codoped reduced graphene oxide and its application for organic dye removal | |
| Xu et al. | Novel broad spectrum light responsive PPy/hexagonal-SnS2 photocatalyst for efficient photoreduction of Cr (VI) | |
| Xue et al. | Simultaneous organic pollutant degradation and hydrogen peroxide production by molecular-engineered carbon nitride | |
| CN111185210B (zh) | 二碳化三钛/二氧化钛/黑磷纳米片复合光催化剂及其制备方法和应用 | |
| Jing et al. | Efficient photocatalytic production of H2O2 and photodegradation of tetracycline by CdS/square tubular g-C3N4 S-scheme heterojunction photocatalyst | |
| Yang et al. | Two-dimensional layered organic hybrid selenidostannate coupled with polyaniline for high efficient photocatalytic Cr (VI) reduction | |
| CN112844484B (zh) | 一种氮化硼量子点/多孔金属有机框架复合光催化材料及其制备方法和应用 | |
| CN112275321B (zh) | 一种柔性复合催化膜的制备方法及其应用 | |
| CN114849748B (zh) | 一种CoS/Ti3C2MXene复合材料的制备及其应用 | |
| Chen et al. | Construction of CuCd-BMOF/GO composites based on phosphonate and their boosted visible-light photocatalytic degradation | |
| Jiang et al. | Self-assembled synthesis of porous sulfur-doped g-C3N4 nanotubes with efficient photocatalytic degradation activity for tetracycline | |
| CN113171795B (zh) | 一种碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料及其制备方法和应用 | |
| CN109999917B (zh) | 一种降解水体中有机污染物的共价有机骨架基复合光催化剂及制备方法 | |
| Li et al. | 2D/2D ultrathin polypyrrole heterojunct aerogel with synergistic photocatalytic-photothermal evaporation performance for efficient water purification |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |