[发明专利]具有光催化活性的聚合物基光催化材料的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于光催化材料技术领域，具体涉及一种具有光催化活性的聚合物基光催化材料的制备方法。

背景技术

近年来，人们在环境污染的防治方面开展了深入的研究。光催化材料利用可再生和无污染的太阳能来处理污染物，能完全矿化污染物，最终产物无毒，并且能在常温常压的温和条件下降解污染物，因此在空气净化、污水纯化、抗菌防霉、环境治理方面发挥着至关重要的作用。但是二氧化钛通常以粉体形式存在，难成型，光催化反应后回收困难，使用范围受到极大限制，因此，制备可成型的光催化材料具有极高的应用价值。其中，制备负载于其他基体材料表面的光催化涂层是一种重要的实现方式。目前，用于制备二氧化钛光催化涂层的基体材料多为无机或金属材料，对聚合物基二氧化钛光催化涂层的研究极少，原因在于以下几点：(1)由于聚合物材料与二氧化钛粒子的表面极性差异，很难在聚合物基材表面制备附着力良好的光催化涂层；(2)聚合物基材在光催化反应过程中的结构保护成为关键技术难题，需防止光催化降解污染物的同时降解聚合物基材。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种具有梯度结构且具有高光催化活性的聚合物基光催化材料的制备方法。

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。

一种具有光催化活性的聚合物基光催化材料的制备方法，其步骤包括：

(1)取二氧化钛粒子0.5-5份，无水甲苯15-300份加入单口烧瓶中，经超声波在250-1000瓦的功率下处理5-15分钟充分分散；

(2)再向单口烧瓶中加入1H,1H,2H,2H-全氟辛基三乙氧基硅烷0.1-1.5份，60℃磁力搅拌下反应4-6小时，过滤后将滤渣在50℃下真空干燥24小时，获得表面氟化处理的纳米二氧化钛粒子；

(3)将壳聚糖溶解在体积浓度为1％的乙酸水溶液中得到质量浓度为2-5％的壳聚糖溶液；

(4)取3-缩水甘油基氧丙基三甲氧基硅烷30-50份，水15-30份，无水乙醇15-30份倒入单口烧瓶中，用2％稀盐酸调整pH值至4-6，60℃磁力搅拌下反应4-6小时，过滤后得到的滤液为硅溶胶Ⅰ；

(5)将3-5份硅溶胶Ⅰ与120-200份步骤(3)制得的壳聚糖溶液混合，80℃磁力搅拌下反应4小时，冷却至室温，再用30-50份无水乙醇稀释后，涂覆在聚合物基材上，涂膜后室温表干，再将聚合物基材置于真空中50℃下干燥24小时；

(6)取30-50份正硅酸乙酯、50-70份3-缩水甘油基氧丙基三甲氧基硅烷、30-60份无水乙醇和10-30份水倒入单口烧瓶中，用2％稀盐酸调整pH值至5-6，60℃磁力搅拌下反应4-6小时，过滤后得到硅溶胶Ⅱ；

(7)将0.01-0.05份步骤(2)制得的表面氟化处理的纳米二氧化钛粒子加入到10份2-丁酮中，超声分散均匀；

(8)取5份步骤(7)制得的混合液加入25份步骤(6)制得的硅溶胶Ⅱ中，超声分散均匀；再涂覆在步骤(5)处理得到的聚合物基材上，涂膜后室温表干，再置于真空中50℃下干燥24小时，即得到本发明具有光催化活性的聚合物基光催化材料。

作为优化，步骤(1)中所述二氧化钛粒子在100-120℃下干燥2-5小时；

作为优化，步骤(5)中，所述聚合物基材为聚乳酸、聚己内酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯等；

作为优化，步骤(5)中，所述聚合物基材为厚度200-300μm的聚合物薄膜；

作为优化，步骤(1)中，所述二氧化钛粒子是锐钛型，粒径为10-30纳米；

作为优化，步骤(5)和/或(8)中，所述涂覆可采用旋涂、浸涂和/或喷涂法；

作为优化，所述超声波频率范围20-50kHz，功率250-1000W；

本发明所述具有光催化活性的聚合物基光催化材料作为紫外处理污染物降解催化剂的应用。

本发明所述具有光催化活性的聚合物基光催化材料在有效波长范围内能有效降解的污染物为乙烯、甲醛、甲基橙、苯酚和/或苯。