[发明专利]银修饰的二氧化钛多层多孔光催化薄膜、其制备方法及其用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种银修饰的二氧化钛多层多孔光催化薄膜、其制备方法及其用途，属于膜技术领域，可用于水环境中有机污染物的降解和致病菌的灭活。

背景技术

二氧化钛作为一种光催化剂，因其具有较好的化学和热力学稳定性，低毒性以及高量子产率等特点引起了广泛的关注。锐钛矿是二氧化钛光催化活性最高的形式，在紫外光的照射下产生电子空穴对的分离，能够光催化降解环境中的有害污染物。并且，研究发现锐钛矿形式的二氧化钛具有一定的灭菌特性。二氧化钛固定在多孔载体（例如膜）上，使材料能够耦合二氧化钛光催化和膜分离技术。使用涂覆二氧化钛的薄膜强制过滤水环境中的污染物，可提高这种固载化二氧化钛的光催化效率。

为了提高二氧化钛的光催化活性，大量的研究致力于掺入各种各样的金属或非金属元素。其中，银纳米颗粒具有特殊的催化、电学和光学性质，并且，与其它杀菌纳米颗粒相比，其表现出更强的杀菌活性和生物相容性。因此，在二氧化钛中掺入银纳米颗粒是一个很好的选择。银和二氧化钛的协同耦合作用是因为两者的功函数不同，形成了肖特基势垒。银能够捕获电子，抑制光生电子空穴对的复合，从而促进复合材料的整个光催化活性。同时，银的掺入使二氧化钛光催化剂附加了杀菌/抗生物污染的功能。

最近，一些研究致力于将银纳米颗粒掺入膜过滤系统。例如，Krylova等人（Journal of Sol-Gel Science and Technology，50，216-228）利用溶胶凝胶方法将银纳米颗粒沉积在不同的陶瓷支撑体上（二氧化硅，二氧化钛和二氧化锆）；Liu等人（Water Research，47，3081-3092）利用层层自组装方法制备了负载银的纳滤和正渗透高分子复合膜；Ma等人（Water Research，44，6104-6114）制备了载银羟基磷灰石/二氧化钛微滤膜来处理腐殖酸溶液。Lei等人（Reactive and Functional Polymers，71，1071-1076）合成了负载银/氯化银复合纳米粒子的聚丙烯腈纳米纤维膜，其具有较高的光催化活性。Lv等人（Journal of Membrane Science，331，50-56）制备了银修饰的多孔陶瓷复合物来灭活大肠杆菌。Yin等人（Journal of Membrane Science，441，73-82）将银纳米颗粒附着于聚酰胺膜的表面，使其具有抗生物污染的特性。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于，提供一种银修饰的二氧化钛多层多孔光催化薄膜、其制备方法及其用途，可用于水环境中有机污染物的降解和致病菌的灭活。

本发明的技术方案为：银修饰的二氧化钛多层多孔光催化薄膜，其特征是，所述的光催化薄膜具有多层多孔结构。

前述的银修饰的二氧化钛多层多孔光催化薄膜，其特征是，所述的光催化薄膜含有3个光催化层，分别为底层光催化层、中间光催化层和顶层光催化层，底层光催化层含有3个亚层，中间光催化层含有2个亚层，顶层光催化层含有1个薄层。

制备前述的银修饰的二氧化钛多层多孔光催化薄膜的方法，其特征是，包括以下步骤：

（1）制备多孔氧化铝陶瓷膜支撑体

采用模具挤压成型法制得多孔氧化铝陶瓷膜支撑体，并使用砂纸反复打磨支撑体圆片，得到光滑的表面；

（2）制备银修饰的二氧化钛溶胶

采用溶胶凝胶法制得银修饰的二氧化钛溶胶，共配置3种含不同重量的聚丙二醇与环氧乙烷的加聚物P-123的银修饰的二氧化钛溶胶，其重量百分比分别为5%、2%和1%，分别对应制备光催化薄膜的底层光催化层、中间光催化层、顶层光催化层，银的摩尔百分比均为1%；

（3）制备银修饰的二氧化钛多层多孔光催化薄膜

称取0.3g的聚乙烯醇均匀涂在步骤（1）中制得的膜支撑体的一面，并置于空气中干燥；使用浸渍提拉镀膜机将风干的膜支撑体浸入步骤（2）制得的银修饰的二氧化钛溶胶中，浸渍60s后以2mm/s的速度进行提拉；随后将镀膜于105℃下进行烘干，15min后放入马弗炉内，于500℃下烧结1h；将烧结得到的膜重复以上操作：浸渍、提拉、烘干、烧结，重复操作5次后，再将其置于功率60W的紫外灯下照射1h，即得到银修饰的二氧化钛多层多孔光催化薄膜。