CN113201083B - 一种掺硫c3n4/聚(1,4-二苯基丁二炔)/聚苯胺光催化材料制备方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
一种掺硫C3N4/聚(1,4‑二苯基丁二炔)纳米纤维/聚苯胺复合光催化材料制备方法及其应用，属于有机无机纳米复合材料。所述纳米复合光催化材料以聚(1,4‑二苯基丁二炔)纳米纤维为载体，掺硫C3N4和聚苯胺为包覆层；本发明通过高温煅烧方法，以尿素作为氮源、苄基二硫化物作为硫源，高温煅烧得到掺硫C3N4。将其均匀分散于聚(1,4‑二苯基丁二炔)纳米纤维的溶液，得到掺硫C3N4/聚(1,4‑二苯基丁二炔)纳米纤维复合材料。将掺硫C3N4/聚(1,4‑二苯基丁二炔)纳米纤维复合材料分散于苯胺单体溶液，加入引发剂，使苯胺单体聚合，制备掺硫C3N4/聚(1,4‑二苯基丁二炔)纳米纤维/聚苯胺（PANI）纳米复合光催化材料，并将其应用于光诱导电子转移‑可逆加成断裂链转移聚合。
Description
技术领域
本发明涉及一种掺硫C3N4/聚(1,4-二苯基丁二炔)纳米纤维/聚苯胺复合光催化材料制备方法及其应用，属于有机无机高分子复合材料制备领域，可用于光诱导-可逆加成断裂链转移聚合领域。
背景技术
澳大利亚的Rizzardo于1998年37届国际高分子学术讨论会上报道了可逆加成断裂链转移的方法（Reversible addition fragment chain transfer，RAFT），在传统的自由基聚合体系中加入具有高链转移常数和具有特定结构的链转移剂（chain transferagent，CTA）以实现活性可控自由基聚合。RAFT法最大优势是能通过自由基聚合方法聚合的单体都有可能采用RAFT进行聚合，这是其他活性可控自由基聚合不具备的；在温和条件下RAFT反应均可进行（-15 oC-180 oC）；适用的聚合方式也非常多样（本体、溶液、悬浮及乳液聚合）等；RAFT的反应过程筒单，容易工业化。另外，RAFT聚合可以用于合成具有特殊结构的聚合物，适用于分子结构设计。传统自由基聚合或活性自由基聚合大部分是在热引发下进行的聚合。光作为活化活性可控自由基聚合的另一种重要方式，而逐渐受到人们的关注。光诱导活性可控自由基聚合具有以下优点：反应条件温和、反应速率高、操作简单、活化能低、催化剂用量少、反应平稳以及通过开/关光源达到快速启/停反应等。Boyer课题组基于催化剂的光氧化还原性以及硫羰基化合物的电子接收能力，参考了Fors和Hawker所提出的光催化常用的ATRP的基本概念，提出了PET-RAFT聚合机理。
常用的光催化剂有过渡金属络合物，有机染料，金属卟啉，金属酞菁，无机半导电金属氧化物。半导体是一种电导率介于导体和绝缘体之间的材料，具有成本低、使用范围广、化学稳定性高、毒性低、易于过滤去除等优点，被广泛用作氧化还原反应和太阳能的光催化剂。石墨相氮化碳（g-C3N4）是一种新型的对可见光响应的光催化剂。g-C3N4本身存在比表面积小、相对较宽的带隙宽度、光生电子-空穴对复合几率高、界面电荷迁移速率低、单纯的g-C3N4只能吸收450nm以下的蓝光等缺点，使得其光催化活性并不高。通过掺杂、贵金属沉积、与其他半导体材料复合和吸附有机染料光敏化等方法可以提高其光催化能力。聚(1,4-二苯基丁二炔)纳米纤维的能级为1.81 eV，循环使用多次后仍然很稳定并且催化活性降低很少。但是这种复合型无机半导体在可见光区的光谱响应范围较窄，能带间隙窄的光催化剂易于发生光腐蚀导致材料的稳定性较差，这不利于光催化材料在实际生产中的大规模应用。具有π共轭结构的聚苯胺(PANI)拥有较高的可见光吸收系数和良好的载流子迁移率，使其有可能成为最易兼容的复合材料，且具有增强的光催化活性。
发明内容
为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种掺硫C3N4/聚(1,4-二苯基丁二炔)纳米纤维/聚苯胺复合光催化材料制备方法及其在光诱导-可逆加成断裂链转移聚合领域应用。
本发明涉及一种掺硫C3N4/聚(1,4-二苯基丁二炔)纳米纤维/聚苯胺复合光催化材料制备方法及其在光诱导-可逆加成断裂链转移聚合领域应用。其特征在于掺硫C3N4/聚(1,4-二苯基丁二炔)纳米纤维/聚苯胺复合光催化材料，所制备的掺硫C3N4/聚(1,4-二苯基丁二炔)纳米纤维/聚苯胺复合光催化材料，稳定性高，具有较好的光催化性能。在多次循环催化PET-RAFT聚合后仍然可以保持很高的催化效率，对PET-RAFT聚合的控制效果保持不变。
具体实施方案：
实施例1：
将5g尿素和0.5g苄基二硫化物首先在乙醇中超声30分钟，然后搅拌2小时；在70oC的真空中脱水3小时，得到前驱体；将前驱体置于卧式炉的石英管中，在氩气流保护中将升温至600oC保温2小时。将0.5g十二烷基硫酸钠溶于NaCl溶液中。在80oC下搅拌，得到澄清透明溶液。在剧烈的搅拌下加入10mL单体质量分数为10%的1,4-二苯基丁二炔和质量分数为5%的安息香甲基醚的环己烷溶液。随后在强烈搅拌下向该体系加入0.5微升正戊醇，然后在紫外光下照射10天，得到聚(1,4-二苯基丁二炔)纳米纤维；将制备的掺硫C3N4分散于聚(1,4-二苯基丁二炔)纳米纤维的水溶液，超声分散3小时，得到掺硫C3N4/聚(1,4-二苯基丁二炔)纳米纤维复合材料；将制备的掺硫C3N4/聚(1,4-二苯基丁二炔)纳米纤维复合材料分散在去离子水和乙醇（1：5）的溶液中，加入精制后的苯胺单体，在0-5oC下搅拌30-60分钟后，加入过硫酸铵，在0-5oC下搅拌24-48小时，过滤，洗涤，干燥，得到掺硫C3N4/聚(1,4-二苯基丁二炔)纳米纤维/PANI纳米复合光催化材料。将制备的掺硫C3N4/聚(1,4-二苯基丁二炔)纳米纤维/PANI纳米复合光催化材料用于可见光照射下的光诱导电子转移-可逆加成断裂链转移聚合。
实施例2：
将12g尿素和1g苄基二硫化物首先在乙醇中超声30分钟，然后搅拌2小时；在70oC的真空中脱水3小时，得到前驱体；将前驱体置于卧式炉的石英管中，在氩气流保护中将升温至650oC保温2小时。将1g十二烷基硫酸钠溶于NaCl溶液中。在80oC下搅拌，得到澄清透明溶液。在剧烈的搅拌下加入15mL单体质量分数为15%的1,4-二苯基丁二炔和质量分数为10%的安息香甲基醚的环己烷溶液。随后在强烈搅拌下向该体系加入0.8微升正戊醇，然后在紫外光下照射10天，得到聚(1,4-二苯基丁二炔)纳米纤维；将制备的掺硫C3N4分散于聚(1,4-二苯基丁二炔)纳米纤维的水溶液，超声分散3小时，得到掺硫C3N4/聚(1,4-二苯基丁二炔)纳米纤维复合材料；将制备的掺硫C3N4/聚(1,4-二苯基丁二炔)纳米纤维复合材料分散在去离子水和乙醇（1：10）的溶液中，加入精制后的苯胺单体，在0-5oC下搅拌30-60分钟后，加入过硫酸钾，在0-5oC下搅拌24-48小时，过滤，洗涤，干燥，得到掺硫C3N4/聚(1,4-二苯基丁二炔)纳米纤维/PANI纳米复合光催化材料。将制备的掺硫C3N4/聚(1,4-二苯基丁二炔)纳米纤维/PANI纳米复合光催化材料用于可见光照射下的光诱导电子转移-可逆加成断裂链转移聚合。
实施例3：
将5g尿素和1g苄基二硫化物首先在乙醇中超声30分钟，然后搅拌2小时；在70oC的真空中脱水3小时，得到前驱体；将前驱体置于卧式炉的石英管中，在氩气流保护中将升温至500oC保温2小时。将0.3g十二烷基硫酸钠溶于NaCl溶液中。在80oC下搅拌，得到澄清透明溶液。在剧烈的搅拌下加入10mL单体质量分数为15%的1,4-二苯基丁二炔和质量分数为6%的安息香甲基醚的环己烷溶液。随后在强烈搅拌下向该体系加入1微升正戊醇，然后在紫外光下照射10天，得到聚(1,4-二苯基丁二炔)纳米纤维；将制备的掺硫C3N4分散于聚(1,4-二苯基丁二炔)纳米纤维的水溶液，超声分散3小时，得到掺硫C3N4/聚(1,4-二苯基丁二炔)纳米纤维复合材料；将制备的掺硫C3N4/聚(1,4-二苯基丁二炔)纳米纤维复合材料分散在去离子水和乙醇（1：8）的溶液中，加入精制后的苯胺单体，在0-5oC下搅拌30-60分钟后，加入过硫酸铵，在0-5oC下搅拌24-48小时，过滤，洗涤，干燥，得到掺硫C3N4/聚(1,4-二苯基丁二炔)纳米纤维/PANI纳米复合光催化材料。将制备的掺硫C3N4/聚(1,4-二苯基丁二炔)纳米纤维/PANI纳米复合光催化材料用于可见光照射下的光诱导电子转移-可逆加成断裂链转移聚合。
实施例4：
将8g尿素和1g苄基二硫化物首先在乙醇中超声30分钟，然后搅拌2小时；在70oC的真空中脱水3小时，得到前驱体；将前驱体置于卧式炉的石英管中，在氩气流保护中将升温至650oC保温2小时。将0.8g十二烷基硫酸钠溶于NaCl溶液中。在80oC下搅拌，得到澄清透明溶液。在剧烈的搅拌下加入20mL单体质量分数为10%的1,4-二苯基丁二炔和质量分数为5%的安息香甲基醚的环己烷溶液。随后在强烈搅拌下向该体系加入1微升正戊醇，然后在紫外光下照射10天，得到聚(1,4-二苯基丁二炔)纳米纤维；将制备的掺硫C3N4分散于聚(1,4-二苯基丁二炔)纳米纤维的水溶液，超声分散3小时，得到掺硫C3N4/聚(1,4-二苯基丁二炔)纳米纤维复合材料；将制备的掺硫C3N4/聚(1,4-二苯基丁二炔)纳米纤维复合材料分散在去离子水和乙醇（1：10）的溶液中，加入精制后的苯胺单体，在0-5oC下搅拌30-60分钟后，加入过硫酸钾，在0-5oC下搅拌24-48小时，过滤，洗涤，干燥，得到掺硫C3N4/聚(1,4-二苯基丁二炔)纳米纤维/PANI纳米复合光催化材料。将制备的掺硫C3N4/聚(1,4-二苯基丁二炔)纳米纤维/PANI纳米复合光催化材料用于蓝光照射下的光诱导电子转移-可逆加成断裂链转移聚合。
Claims (9)
1.一种掺硫C3N4/聚(1,4-二苯基丁二炔)纳米纤维/聚苯胺复合光催化材料的制备方法，其特征在于，所述复合光催化材料以聚(1,4-二苯基丁二炔)纳米纤维为载体，纳米掺硫C3N4和导电聚合物聚苯胺为包覆层；
包括以下步骤：
步骤1，尿素和苄基二硫化物首先在乙醇中超声30分钟，然后搅拌2小时；
步骤2，将步骤1的混合物在70℃的真空中脱水3小时，得到前驱体；
步骤3，将步骤2制备的前驱体置于卧式炉的石英管中，在氩气流保护中将温度以3℃·min-1升温至500℃或600℃或650℃并保持2小时，并在氩气气氛下将反应器自然冷却至室温；
步骤4，将0.5g表面活性剂溶解在NaCl水溶液中；在80℃下搅拌，得到澄清透明溶液；随后，在剧烈的搅拌下加入10mL单体质量分数为10％的1,4-二苯基丁二炔和质量分数为5％的安息香甲基醚的环己烷溶液；然后，向体系中加入0.5微升正戊醇，强烈搅拌，然后在紫外光下照射10天，得到聚(1,4-二苯基丁二炔)纳米纤维；
步骤5，将制备的掺硫C3N4分散于聚(1,4-二苯基丁二炔)纳米纤维的水溶液，超声分散3小时，得到掺硫C3N4/聚(1,4-二苯基丁二炔)纳米纤维复合材料；
步骤6，将步骤5制备的掺硫C3N4/聚(1,4-二苯基丁二炔)纳米纤维复合材料分散在一定比例的去离子水和乙醇的溶液中，加入精制后的苯胺单体，在0-5℃下搅拌30-60分钟后，加入引发剂，在0-5℃下搅拌24-48小时，过滤，洗涤，干燥，得到掺硫C3N4/聚(1,4-二苯基丁二炔)纳米纤维/PANI纳米复合光催化材料；
步骤7，将制备的掺硫C3N4/聚(1,4-二苯基丁二炔)纳米纤维/PANI纳米复合光催化材料用于光诱导电子转移-可逆加成断裂链转移聚合。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法中，掺硫C3N4、聚(1,4-二苯基丁二炔)纳米纤维、苯胺单体的添加质量比为1:10:15-50。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，尿素和苄基二硫化物质量比为5-15:1。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤4所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠，十二烷基苯磺酸钠。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤5中，聚(1,4-二苯基丁二炔)纳米纤维和水质量比为5-15:1。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤6中，掺硫C3N4/聚(1,4-二苯基丁二炔)纳米纤维与乙醇和去离子水的混合溶液质量比为1:1-10。
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤6中，乙醇和去离子水的混合溶液中，乙醇和去离子水的体积比为1-5:1。
8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤6所述引发剂为过硫酸钾，过硫酸铵。
9.如权利要求1所述的一种掺硫C3N4/聚(1,4-二苯基丁二炔)纳米纤维/聚苯胺复合光催化材料制备方法制备得到材料的应用，其特征在于，主要应用于光诱导-可逆加成断裂链转移聚合。
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| CN109126868A (zh) * | 2018-08-01 | 2019-01-04 | 河南师范大学 | 一种用于降解土霉素废水的g-C3N4-PANI复合光催化材料的制备方法 |
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| Polyaniline-TiO2 composite photocatalysts for light-driven hexavalent chromium ions reduction;Xiaoming Deng 等;《Science Bulletin》;第65卷;105-112 * |
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