CN101234344A - 具有可见光催化活性的复合光催化材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种具有可见光催化活性的复合光催化材料及其制备方法，其特点是将1－10份干燥的二氧化钛粒子，30－300份的氯仿加入带有干燥管的单颈烧瓶中，经充分分散后，加入0.01－0.05份共轭聚合物单体，磁力搅拌30－60分钟，再加入0.1－5份无水三氯化铁，冰浴下反应4－8小时，经过滤后得到黑色固体产物，用甲醇洗涤至甲醇无色，然后在常温下真空干燥，获得复合光催化材料；采用本发明方法制备得到的复合光催化材料能吸收可见光，在可见光照射下具有光催化活性，能有效降解有机污染物。

Description

具有可见光催化活性的复合光催化材料及其制备方法
一、技术领域
本发明涉及一种在可见光照射下具有高催化活性的复合光催化材料及其制备方法。
二、背景技术
自1972年Fujishima和Honda在n-型二氧化钛半导体电极上发现水的光电催化分解作用以来，二氧化钛受到人们的广泛关注。1976年Garey用二氧化钛光催化剂脱除了多氯联苯中的氯，1977年Frank光催化氧化CN-为OCN-，依据光激发半导体产生光生电子和空穴分离的原理来分解和矿化有机污染物，即光催化技术在环保方面的应用研究开始启动。光催化降解是一种新的处理污染物的方法，该方法具有以下优点：(1)完全矿化污染物，最终产物无毒(如CO2和H2O)；(2)低能耗；(3)在室温和常压下即可进行。由于具有无毒、生物和化学惰性、光稳定性等特点，锐钛型二氧化钛作为光催化材料显示出广阔的应用前景。
但是锐钛型二氧化钛作为光催化剂有它自身的缺陷性。首先，二氧化钛的光生电子—空穴极易复合，导致光量子效率降低；其次，二氧化钛的粉体在有机基体中的分散差，易团聚，使用范围受到限制；另外，二氧化钛的禁带宽度为3.2ev，对应的激发波长在387nm，属于紫外光区，而实际到达地表的太阳辐射能量集中于460～500nm波长范围，紫外成分(200～400nm)不足5％，从利用太阳能的角度出发，最经济实用的光催化剂应该能利用太阳光中丰富的可见光部分来替代昂贵的人工光源。因此，如何高效地利用自然光进行光催化反应，开发能够被可见光激发的光催化剂正日益引起人们的兴趣。近年来，人们研究了多种方法来解决以上问题，主要包括贵金属沉积，离子搀杂，半导体耦合和染料光敏化；这些方法一定程度上提高了二氧化钛的光催化活性，扩大了二氧化钛光响应范围，但并没有解决因形态的缺陷而带来的在有机介质中的应用和加工成型的困难。
三、发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种原位合成具有可见光催化活性的复合光催化材料制备方法。
本发明的目的由以下技术措施实现，其中所述原料份数除特殊说明外，均为重量份数。
原位合成具有可见光催化活性的复合光催化材料及其制备方法：首先将在100-120℃下干燥2-5小时的二氧化钛粒子1-10份，氯仿30-300份加入带有干燥管的单颈烧瓶中，经超声波充分分散后，加入0.01-0.05份共轭聚合物单体，磁力搅拌30-60分钟，再加入0.1-5份无水三氯化铁，冰浴下反应4-8小时，经过滤后得到黑色固体产物，用甲醇洗涤至甲醇无色，然后在常温下真空干燥，获得具有可见光催化活性的复合光催化材料。
所述共轭聚合物单体为噻吩及其衍生物，如噻吩、3-辛基噻吩、3-己基噻吩等；
所述二氧化钛粒子是锐钛型，纳米级的；
所述二氧化钛粒子的分散方法为超声波分散；
所述复合光催化材料适用的有效可见光波长范围为400-800nm；
所述复合光催化材料在可见光照射下能有效降解的污染物为甲基橙、苯酚、甲醛和苯等。
本发明具有如下优点：
1.复合光催化材料能吸收可见光，在可见光(400-800nm)照射下具有光催化活性，提高了催化剂对太阳光能源的利用效率，对光催化材料的实际应用和开发具有深远意义。
2.通过在无机粒子表面包裹上有机聚合物实现了无机物与有机物之间的结构与功能互补，可克服无机光催化剂在有机介质中易团聚的缺点，提高光催化剂的应用范围。
3.复合光催化材料的制备方法简单、快速、易行；利用本方法还可以制备其它无机氧化物粒子(如MgO，ZnO，SiO2，Al2O3，Fe2O3等)与共轭聚合物(如聚噻吩，聚吡咯等)功能复合材料。
四、附图说明
图1为二氧化钛与聚噻吩/二氧化钛复合材料的红外光谱。结果显示，聚噻吩/二氧化钛复合材料的红外光谱在2800～3100cm-1范围内的吸收峰和787.84cm-1，470.33cm-1处的吸收峰分别为芳环上的C-H伸缩振动吸收峰，2，5取代聚噻吩环上β位的C-H面外弯曲振动吸收峰及Ti-O-Ti的吸收峰。即在聚噻吩/二氧化钛复合材料的红外光谱上不仅有聚噻吩的特征峰还有二氧化钛的特征峰，说明该复合材料确为二氧化钛与聚噻吩的复合物。
图2为二氧化钛与聚噻吩/二氧化钛复合材料的紫外-可见漫反射光谱图。结果显示，二氧化钛反射了90％以上的可见光，而聚噻吩/二氧化钛复合材料对可见光的反射率却很低，即，聚噻吩/二氧化钛复合材料不但能够吸收紫外光，而且能够吸收可见光，复合材料光催化降解污染物的反应能被可见光激发。
图3为二氧化钛、聚噻吩及聚噻吩/二氧化钛复合材料在可见光照射下光催化降解苯酚溶液的实验结果。结果显示，在可见光照射下，聚噻吩/二氧化钛复合材料对苯酚的降解率远远高于二氧化钛和聚噻吩对苯酚的降解率。
五、具体实施例
下面通过实施例对本发明进行具体描述，有必要在此指出的是本实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述发明的内容作出一些非本质的改进和调整。
实施例1：
将在120℃下干燥2小时的二氧化钛粒子2份，氯仿50份加入带有干燥管的单颈烧瓶中，经超声波充分分散后，加入0.03份共轭聚合物单体，磁力搅拌40分钟，再加入1份无水三氯化铁，冰浴下反应6小时，经过滤后得到黑色固体产物，用甲醇洗涤至甲醇无色，然后在常温下真空干燥，获得具有可见光催化活性的复合光催化材料。
实施例2：
将在110℃下干燥3小时的二氧化钛粒子4份，氯仿100份加入带有干燥管的单颈烧瓶中，经超声波充分分散后，加入0.04份共轭聚合物单体，磁力搅拌60分钟，再加入2份无水三氯化铁，冰浴下反应8小时，经过滤后得到黑色固体产物，用甲醇洗涤至甲醇无色，然后在常温下真空干燥，获得具有可见光催化活性的复合光催化材料。
实施例3：
将在100℃下干燥5小时的二氧化钛粒子8份，氯仿200份加入带有干燥管的单颈烧瓶中，经超声波充分分散后，加入0.02份共轭聚合物单体，磁力搅拌30分钟，再加入0.5份无水三氯化铁，冰浴下反应4小时，经过滤后得到黑色固体产物，用甲醇洗涤至甲醇无色，然后在常温下真空干燥，获得具有可见光催化活性的复合光催化材料。

Claims (6)

1.原位合成的具有可见光催化活性的复合光催化材料及其制备方法，其特征在于：首先将在100-120℃下干燥2-5小时的二氧化钛粒子1-10份，氯仿30-300份加入带有干燥管的单颈烧瓶中，经充分分散后，加入0.01-0.05份共轭聚合物单体，磁力搅拌30-60分钟，再加入0.1-5份无水三氯化铁，冰浴下反应4-8小时，经过滤后得到黑色固体产物，用甲醇洗涤至甲醇无色，然后在常温下真空干燥，获得复合光催化材料；该复合材料能吸收可见光，在可见光照射下具有光催化活性，能有效降解有机污染物。
2.如权利要求1所述复合光催化材料及其制备方法，其特征在于：共轭聚合物单体为噻吩及其衍生物，如噻吩、3-辛基噻吩、3-己基噻吩等；
3.如权利要求1所述复合光催化材料及其制备方法，其特征在于：二氧化钛粒子是锐钛型、纳米级的；
4.如权利要求1所述复合光催化材料及其制备方法，其特征在于：二氧化钛粒子的分散方法为超声波分散；
5.如权利要求1所述复合光催化材料及其制备方法，其特征在于：该复合粒子适用的有效可见光波长范围为400-800nm；
6.如权利要求1所述复合光催化材料及其制备方法，其特征在于：该复合粒子在可见光照射下能有效降解甲基橙、苯酚、甲醛和苯等污染物。
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