[发明专利]全太阳光谱响应型双网络水凝胶基光催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种全太阳光谱响应型双网络水凝胶基光催化剂及其制备方法，包括如下步骤：种全太阳光谱响应型双网络水凝胶基光催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：首先通过电子束辐射合成CdS量子点前驱体储备液，并与纳米光催化基质进行有效复合后，共混于含有光敏剂、热敏聚合物和导电聚合物的混合液中，再次进行辐射交联反应，经水洗、干燥、粉碎、过筛、分级，即得全太阳光谱响应型双网络纳米复合水凝胶基光催化剂。通过电子束辐射制备以导电聚合物为基材的交联密度较高的刚性聚电解质第一网络结构支架，热敏聚合物为基材的低交联的柔性第二网络结构填补于刚性网络中，形成“刚柔并济”双网络结构水凝胶能够有效吸收外界应力。

技术领域

本发明涉及一种全太阳光谱响应型双网络水凝胶基光催化剂的辐射制备方法，属于光催化材料和环境保护技术领域。通过电子束辐射技术制备具有双网络结构和光热协同响应性的水凝胶基光催化剂，在太阳光响应下，可以安全有效地用于废水处理领域。

背景技术

众所周知，太阳能是一种“取之不尽、用之不竭”的绿色可再生清洁能源，太阳光谱是由紫外(UV，5％)、可见光(vis，45％)和近红外(NIR，50％)所组成。鉴于经济、高效、清洁、环境友好等特性，光催化技术一直被认为是利用太阳能进行污水处理、析H₂、产O₂、CO₂还原等方面的典范。然而，更多的新型光催化材料的研究主要集中在UV和vis区响应，太阳光谱中超过50％的NIR往往被忽视。为了提高太阳能的利用率，研发全太阳光谱响应的新型高效光催化材料成为高效利用太阳能技术领域的必然趋势之一。

传统的光催化材料更多的是利用太阳光谱的紫外(UV)、可见光(vis)、近红外(NIR)等单一光谱响应区，为了提高太阳能的转化效率，需要将光催化材料的光吸收或响应范围拓展至宽光谱响应(UV-vis、vis-NIR)范围，甚至全太阳光谱范围(UV-vis-NIR)。迄今，以智能水凝胶作为基材或载体，设计绿色、原位、可控制备技术用于研发宽光谱响应型水凝胶基复合光催化体系，已经成为光催化材料和高分子科学领域研究的前沿之一。

水凝胶基复合光催化剂在污水处理领域的研究居多，特别是以紫外-可见光(UV-vis)驱动型高分子基复合水凝胶新型光催化体系尤为集中。相关报道已经表明：在可见光诱导下，水凝胶基光催化剂对有机污染物都具有很好的光催化降解能力。同时，利用水凝胶复合体系的吸附富集-催化还原的协同机制，也可以有效处理废水当中的高价高毒的重金属离子还原成低价低毒离子。另外，利用水凝胶基材的可塑性、易成型、易改造等特点，还可以有效回收纳米光催化剂。然而，传统水凝胶基光催材料普遍存在力学性能不高、光谱响应范围单一、光催化活性弱化、光热转换效率较低等不足，使其作为功能材料的实际应用受到限制。

网络结构的不均匀性是造成传统水凝胶力学性能低下的关键因素之一，传统化学交联剂交联的水凝胶在制备过程中可能存在网络结构的不均匀性，导致凝胶强度低、易脆。因此，当受到外力时，应力在网络中的分布不均匀，在应力集中区域高分子链易于断裂而形成微小裂缝，随后应力沿裂缝传播，最终导致水凝胶损坏。因此，设计合成具有均匀网络结构的双网络高分子水凝胶是提高其力学性能的有效方法之一。双网络水凝胶不仅保持了传统水凝胶优异的物理性能，而且突破了传统高分子水凝胶力学性能低的缺点。

传统化学方法在水凝胶的制备方面做了大量很好的工作，但是普遍存在制备过程繁琐，反应条件苛刻，产品容易出现“烧焦”现象等问题。辐射技术相对于化学方法实现了有效的补充和完善，具体表现为：①反应过程不需要添加任何对人体有毒的物质，交联度可控，水凝胶纯度高；②反应条件温和，在室温下即可进行；③通过控制聚合物组分和辐射条件，可以准确调控水凝胶基光催化复合体系的交联度和微孔分布，可有效避免纳米光催化剂的流失，为其提供了有效的光催化反应平台；④水凝胶优异的力学性能、光热响应灵敏性和光热稳定性，也为复合水凝胶的热驱动免回收、再利用、长寿命的实际应用提供了可能；⑤从产品开发角度来看，水凝胶制备、塑形、灭菌等诸多过程可同步完成。

发明内容