[发明专利]光催化降解‑吸附材料的制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于高分子纳米复合材料技术领域，具体涉及一种智能的光催化降解-吸附材料的制备方法及在铬离子吸附降解上的应用。

背景技术

随着近年来工业的迅速发展，人类赖以生存的水资源遭受了严重污染。水体污染物中的重金属因不能被生物降解，相反却能在食物链的生物放大作用下，成千百倍地富集，最后进入人体，危害人类健康。铬(Cr)是常见的危害最大的重金属之一，广泛存在于自然环境中，水环境中铬主要来源于电镀、冶炼、制革、纺织、印染、水泥、钢铁、油漆、制药等多达80种工业废水排放。水中的铬通常以六价和三价形式价态存在，微量的三价铬是人体必需的，然而过量时对人体却有较大的危害，而且微量的三价铬对水体生物也有较大毒性。六价铬则为吞入性毒物/吸入性极毒物，皮肤接触可能导致敏感；更可能造成遗传性基因缺陷，吸入可能致癌，对环境有持久危险性。因此处理水中Cr(VI)迫在眉睫，利用半导体光催化还原法处理Cr(VI)是一种有发展前途的废水处理方法。

螺吡喃（spiropyran）及其衍生物是目前研究较广泛的一类可作为光开关的化合物，由于其可在紫外/可见光照射下实现开环/闭环的转变，而开环下的光致异构体可与金属离子结合，因而螺吡喃及其衍生物在金属离子传感材料领域受到了许多研究者的关注。已有文献报道将螺吡喃进行改性，使其衍生物开环体能够选择性结合金属离子；将特定的螺吡喃衍生物修饰在基体材料表面可获得在不同光照下能够选择性结合特定金属离子的功能材料。

大孔多孔二氧化硅常作为吸附材料应用于环境水处理领域，有大量文献报道接枝修饰后的大孔多孔二氧化硅对水体中重金属有较好的吸附效果。

至今未见将多孔二氧化硅与螺吡喃化合物复合应用于铬离子光催化吸附降解的报道；同时在水体环境因素一定的情况下，复合体系内部的稳定性、协同性以及表面特性对其处理活性有着重要的影响；同时对于铬水处理剂而言，还需要具有脱吸附的功能。

发明内容

本发明目的是提供一种智能光催化降解-吸附材料的制备方法，由此得到的材料在可见光/紫外光照射下完全去除水中六价铬，有利于水处理技术的发展。

为达到上述发明目的，本发明采用的具体技术方案是：

一种光催化降解-吸附材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将纳米二氧化硅泡沫分散于去离子水中，然后加入柠檬酸、五水四氯化锡和硫代乙酰胺；然后于130～170℃下水热反应6～24小时，反应结束后收集反应混合物中的固体，得到负载SnS₂的二氧化硅材料；

（2）负载SnS₂的二氧化硅材料经3-氨基丙基三乙氧基硅烷处理后分散在N,N-二甲基甲酰胺中，然后加入丁二酸酐进行反应，反应结束后收集固体；然后将收集的固体分散于N,N-二甲基甲酰胺中，再加入二环己基碳二亚胺（DCC）和螺吡喃衍生物（SPNH），于惰性气氛下反应12～48小时，过滤反应液得到固体，即为光催化降解-吸附材料；所述SPNH与DCC的摩尔比为1∶（0.5～1.5）。

本发明中，螺吡喃衍生物为SPNH，其结构如下：

本发明中，将模板聚合物聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物（P123）与一定浓度的硫酸钠溶液溶解在NaAc-Hac溶液中搅拌均匀，然后加入正硅酸甲酯继续搅拌得到混合物；然后静置混合物，再进行水热反应得到固体，将得到的固体经高温煅烧以去除模板聚合物，所得白色固体即为大孔多孔纳米二氧化硅泡沫。

上述所用硫酸钠溶液浓度为0.1mol/L、0.2mol/L、0.3mol/L、0.4mol/L中的任意一种，优选0.4mol/L。

上述技术方案中，NaAc-Hac溶液的pH为4-6，优选为5。

上述技术方案中，步骤（1）中，纳米二氧化硅泡沫、柠檬酸、五水四氯化锡和硫代乙酰胺的质量比为1:2.1:3.5:1.5。

优选的，步骤（1）中，水热反应的温度为130℃、150℃或者170℃，进一步优选为150℃。

优选的，步骤（1）中，水热反应的时间为6小时、12小时、18小时或者24小时，进一步优选为12小时。

上述技术方案中，步骤（2）中，所述惰性气氛为氮气气氛、氦气气氛或者氖气气氛，优选氮气气氛。

优选的，步骤（2）中，所述SPNH与DCC的摩尔比为1∶1。