[发明专利]一种制备双极膜表面粉末态光催化剂的方法

说明书

一种制备双极膜表面粉末态光催化剂的方法是配制阳离子交换膜水溶液，流延于玻璃板面，干燥为阳离子交换膜；将半导体光催化剂粉末分散于水中形成悬浊液倾倒于薄膜表面进行交联，晾干为负载光催化剂粉末的阳离子交换膜；配制阴离子交换膜水溶液流延于薄膜面，干燥为阴离子交换膜；将光催化剂粉末在超声波震荡下分散于水中形成悬浊液，倾倒于阴离子交换膜表面，采用醛类交联剂进行交联，自然晾干为表面负载粉末态光催化剂的双极膜。本发明将粉末态光催化剂附着于双极膜两侧表面，有利于促进半导体光催化剂电子‑空穴分离，提高了光电催化效率，适用于光电催化水分解和CO₂还原。

技术领域

本发明涉及一种双极膜表面粉末态光催化剂的制备方法，尤其是一种用于制备双极膜表面粉末态光催化剂的方法。

背景技术

半导体光电催化技术是一种将太阳能转化为化学能的有效技术手段，对解决能源紧缺、减小环境污染压力具有重大意义。经过各国科学家多年的探索和积累，该领域的研究取得了较大进展，但总体来说，利用太阳能光电催化效率仍然比较低。其中一个主要原因是由于光生电子-空穴未能有效分离，重新复合，导致光电催化活性下降。国内外学者们采用各种方法分离光生电子-空穴，如：Fan等将TiO₂与BiOCl催化剂进行复合，使BiOCl导带的电子转移至TiO₂导带上，TiO₂价带的空穴转移至BiOCl价带上，从而有效地将电子-空穴分离(CrystEngComm, 2014, 16: 820-825)；Zhang等制备了BiOCl核-壳结构光催化剂，此结构能有效分离光生电子-空穴，从而提高了光催化活性（CrystEngComm, 2012, 14: 700-707）。可见，提高光生电子-空穴分离效率仍然是光电催化过程中迫切需要解决的关键问题。

在光电催化实际应用过程中，半导体粉末态催化剂存在易团聚和反应后难回收的问题。因此，光催化剂的固定化对光催化技术的实用化非常重要。例如，Noorjahan等利用喷溅技术制得了TiO₂-HZSM-5复合薄膜，这种薄膜对废水中有毒酚类和有机酸的降解有很高的活性（Appl. Catal., B: Environmental, 2004, 47: 209-213）；García等以玻璃微球为载体，采用浸渍提拉法制备了负载型TiO₂光催化剂用于降解模拟污染物和城市污水处理厂的污水(Appl. Catal., B: Environmental, 2011, 103: 294-301)，取得了良好效果。可见，为了能够真正实现光催化技术的实用化，光催化剂粉末在双极膜表面的附着力显得优为重要，急需进一步研究开发应用。

发明内容

本发明要解决的具体技术问题是现有技术中半导体光催化剂粉末易团聚和反应后难以回收的问题，半导体光催化剂光生电子-空穴分离效率低的问题，并提供一种制备双极膜表面粉末态光催化剂的方法。

本发明是通过以下的技术方案实现的。

一种制备双极膜表面粉末态光催化剂的方法，所述制备方法是按下列步骤进行的：

（1）配制质量分数为2.0~5.0%的羧甲基纤维素或醋酸纤维素水溶液，以及2.0~5.0%的聚乙烯醇或聚乙烯吡咯烷酮水溶液，混合后并不断搅拌形成胶状物，静置脱泡30~60分钟，流延于洁净的带边框玻璃板上，室温风干后得到厚度为30~60μm的阳离子交换膜；

（2）称取0.5~2.0g P型半导体光催化剂粉末，在超声波震荡下分散于100 mL水或无水乙醇中，继续震荡2.0小时分散均匀，倾倒于上述制备的阳离子交换膜表面，采用金属离子进行交联5~15分钟，30~60°C烘干后，P型半导体光催化剂粉末附着于阳离子交换膜表面；

（3）将步骤（2）中的阳离子交换膜上下面颠倒，使负载催化剂的表面紧贴于已润湿的玻璃板上，另一表面（即未负载催化剂的表面）朝上；