[发明专利]一种光驱动用于环境修复的微型机器人的制备方法

说明书

一种光驱动用于环境修复的微型机器人的制备方法，通过溶剂法或煅烧法去除核壳结构球形粒子内部聚合物，得到具有光催化性的中空结构微球；将具有光催化性的中空微球加入到含有非金属或金属离子的溶液中反应后，制得离子掺杂的具有光催化性的中空微球；将离子掺杂的具有光催化性的中空微球置于衬底表面，再在中空微球的半球面沉积一层或多层功能层，然后再使衬底脱落。该类机器人能够在太阳光的作用下实现自驱动和长期运行工作。通过非金属元素或金属离子掺杂能够有效窄化具有光催化性能的粒子的带隙并提高其光生电子‑空穴的分离效率，从而提高微型机器人的可见光响应性和催化效率，使其有效利用可见光实现自驱动和光催化降解有机污染物的功能。

技术领域

本发明属于微纳米机械制造、环境监测及环境修复等工程技术领域，具体涉及一种光驱动用于环境修复的微型机器人的制备方法。

背景技术

大量有毒、有害污染水的排放，不仅给周围生物和环保人员带来严重的危害，而且对可持续发展和人类赖以生存的水资源系统造成严重的威胁。水环境的持续恶化，人口数量的快速增长和对清洁水资源需求的增加，迫切需要寻求新的技术和方案来保护人类赖以生存的水资源，确保获得可持续利用和清洁的水资源。

纳米材料及其技术已在水环境监测和环境修复等领域取得了可观的实际效果，然而对于污染的水源，不仅需要投入大量的环境修复剂，而且需要环保人员亲临现场进行监测并移动庞大的搅拌设备来完成水环境的修复。现有微型机器人常需额外添加“燃料”或引入贵金属来提供动力，不仅会对环境造成二次污染且其寿命较短，不适于实际环境的应用。同时，由于污染水源的组份通常较复杂，而常用的环境修复剂难以实现同时对多种污染物的分解和去除。

因此，为了解决目前污染水域环境监测、环境修复过程中的工况复杂、所需设备繁杂、能源消耗巨大、人身危害大及作用效率差等难题，迫切需要开发一款能够在无需机械搅拌的情况下实现在复杂污染水环境中的自驱动、环境监测和环境修复等功能的微型机器人，以减少地面工作人员与有毒有害污染物的接触时间并实现快速、有效监测和修复水体的目的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光驱动用于环境修复的微型机器人的制备方法，能够用于环境监测和环境修复用，其集成光驱动、水环境风险检测及原位修复等多种先进技术和功能于一体，结构简单，作用效率高，可以实现大面积复杂水环境污染的监测和快速修复。该类微型机器人弥补了现有环保用微型机器人需额外添加“燃料”提供动力、寿命短以及存在潜在环境危害的缺点，可以将环境检测人员的伤害和环保成本降至最低。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种光驱动用于环境修复的微型机器人的制备方法，包括以下步骤：

(1)首先，将具有光催化性粒子的前驱体溶液与聚合物微球混合，制备出内部为聚合物外部为具有光催化性粒子的核壳结构球形粒子；

其次，再通过溶剂法或煅烧法去除核壳结构球形粒子内部聚合物，得到具有光催化性的中空结构微球；

最后，将具有光催化性的中空微球加入到含有非金属或金属离子的溶液中反应后，制得离子掺杂的具有光催化性的中空微球；

(2)将离子掺杂的具有光催化性的中空微球置于衬底表面，再在中空微球的半球面沉积一层或多层功能层，然后再将微球连同衬底置于水或有机溶剂中超声至衬底脱落，制备出具有光驱动用于环境修复的微型机器人。

本发明进一步的改进在于，具有光催化性粒子的前驱体溶液为钛酸四丁酯的无水乙醇溶液、含有醋酸锌和四氯化钛的溶液、四氯化钛的乙醇溶液或橙黄色透明液体，其中，橙黄色透明液体通过以下过程制得：将1.0mol/L的四氯化钛水溶液12mL滴入20mL 5wt％的氨水中，产生沉淀，离心后采用去离子水洗涤所生成的沉淀产物至pH＝7后，再向沉淀产物中加入过氧化氢至溶液变为橙黄色透明液体。