[发明专利]利用离子液体/聚苯胺制备的多孔碳负载二氧化钛复合材料及其方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用离子液体/聚苯胺制备的多孔碳负载二氧化钛复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

二氧化钛是一种高效、无毒、化学性质稳定、抗光氧化性强、价格低廉的光催化剂。二氧化钛光催化/光电催化技术在有毒、难生化降解的有机废水废气处理应用方面引起了广泛重视。纳米二氧化钛降解效率高，但只能在紫外光照射下进行光催化反应，其光生电子和空穴的分离率仍有待提高。为提升二氧化钛在可见光下的光催化性能，制备二氧化钛的复合材料成为二氧化钛研究的重点方向之一。金属、金属氧化物、石墨、有机物等材料都已用于制备二氧化钛复合材料。

利用模板剂可制备特定形态的二氧化钛或对二氧化钛造孔。具有孔道结构的二氧化钛具有更大的比表面积和更强的传质作用，从而有更强的光催化性能。聚醚类、聚乙二醇和十六烷基三甲基溴化铵等表面活性剂和葡萄糖等非表面活性剂为较常用的模板。聚苯胺是典型的导电高分子材料，由于其结构多样化、环境稳定性好、易加工、价格低廉而成为导电聚合物的研究热点。聚苯胺可作为模板制备特殊形态的二氧化钛，也可通过包裹提高二氧化钛的光催化性能。离子液体在制备二氧化钛的过程中，能起到模板剂和催化剂的作用，还可能实现对二氧化钛的N、F等元素掺杂，提高二氧化钛在紫外光和可见光下的光催化性能。无氧高温煅烧能使含碳材料充分碳化，从而使材料具备较强的吸附性能；同时氮气氛下高温煅烧二氧化钛也可能实现对二氧化钛的N掺杂，从而提高其在可见光下的光催化性能。以聚苯胺、离子液体共混制备特殊形态及功能型二氧化钛的方法还未见报道。

发明内容

本发明目的在于针对现有技术的不足提供一种离子液体、聚苯胺参与制备的多孔碳负载二氧化钛复合材料及其制备方法。

本发明思路是：通过使二氧化钛和聚苯胺同步合成，让两者形成互相交联贯穿的特殊结构。通过加入离子液体、含碳材料和氮气氛下的煅烧，实现对二氧化钛的非金属掺杂，同时使聚苯胺碳化，进一步使二氧化钛的吸收波长范围向可见光移动，提高其可见光下的光催化性能。聚苯胺碳化也使该复合材料成为具备优良吸附/光催化性能的复合材料。

一种利用离子液体/聚苯胺制备多孔碳负载二氧化钛复合材料的方法，包括如下步骤：

A、用溶胶-凝胶法制备二氧化钛溶胶，溶胶搅拌10～30min后，向其中加入占溶胶1.0wt%～8.0wt%的离子液体，0.1wt%～10.0wt%的苯胺，搅拌10～30min，混合均匀；

B、取占溶胶0.1wt%～10.0wt%的氧化剂，配成0.2wt%-0.6wt%的质子酸溶液，逐滴加入到上述步骤A所得溶胶混合物中引发苯胺聚合；滴加完毕后持续搅拌2～6h；

C、将溶胶静置陈化3～5d后置烘箱60℃～120℃烘干；

D、碾磨后将所得复合物于氮气氛中450～850℃下煅烧30min～2h，使聚苯胺碳化，得多孔碳负载二氧化钛复合材料。

所述的制备方法制备的多孔碳负载二氧化钛复合材料可应用于废气、废水处理反应器中吸附-光催化降解污染物，尤其是可见光下光催化降解污染物。

所述的多孔碳负载二氧化钛复合材料，在紫外-可见光区域有较强的吸光能力，在紫外光和可见光下有优异的光催化性能。

所述的多孔碳负载二氧化钛复合材料，聚苯胺碳化和材料的多孔结构使得该复合材料具有良好的吸附性能。

所述的多孔碳负载二氧化钛复合材料，复合物粒径小，多在10～30nm范围内。

所述的多孔碳负载二氧化钛复合材料，二氧化钛与聚苯胺形成交联结构，经煅烧后多数二氧化钛沉积于聚苯胺残留的碳骨架上。

所述的多孔碳负载二氧化钛复合材料，其多孔结构是通过无氧煅烧对复合物造孔而得。

所述的多孔碳负载二氧化钛复合材料，其多孔结构分布于复合结构的内部和表面。

本发明制备的多孔碳负载二氧化钛复合材料由于聚苯胺的引入和非金属元素的掺杂，该复合材料的吸光范围与纯二氧化钛相比发生了明显红移，在紫外-可见光区域有较大的吸光能力，在紫外光和可见光下有优异的光催化性能和优良的吸附性能。所制得的二氧化钛粒径小，拥有更大的比表面积，多数二氧化钛负载于交联碳骨架上，也提高了传质作用。以上几点对材料的改性都提高了二氧化钛的催化性能。

附图说明

图1实施例2中离子液体聚苯胺参与制备的多孔碳负载二氧化钛复合材料；

图2实施例2中样品紫外-可见吸收光谱；

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。