[发明专利]一种硫脲-PDI聚合物光催化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种硫脲‑PDI聚合物光催化剂，以苝‑3,4,9,10‑四羧酸二酐和硫脲为原料，无水乙酸锌为催化剂，咪唑为溶剂，在180～200℃下进行有机反应，反应结束进行酸洗、过滤，然后洗涤至中性、干燥得到；该硫脲‑PDI聚合物光催化剂具有催化效率高、pH使用范围广、稳定性好的优点；将该硫脲‑PDI聚合物光催化剂和过一硫酸盐或过二硫酸盐联用，应用于酚类有机污染物的降解，降解效果好。

技术领域

本发明涉及一种有机聚合物光催化剂，特别涉及一种硫脲-PDI聚合物光催化剂及其制备方法与应用。

背景技术

苝酰亚胺(PDI)是一种独特的有机半导体，易于合成，有强大的电子亲和力，可调节的光电性能，以及物理和化学的高度稳定性。PDI光催化剂能够独立完成从光吸收、载流子分离到催化反应的整个光催化过程，然而，其实际应用仍面临光生电子和空穴转移缓慢、电子空穴复合速度快、催化活性低等挑战。因此，需要通过对PDI进行改性以改善光生电子-空穴的分离效率，提高PDI的光催化氧化活性，主要有两种途径：通过制备一系列具有超分子自组装结构的PDI衍生物及其复合物或添加氧化剂提高氧化活性。由于自组装PDI是氢键连接的弱相互作用，导致碱性条件下PDI易水解，且循环回收性能降低。

发明内容

发明目的：本发的第一目的为提供一种催化效率高、pH使用范围广的硫脲-PDI聚合物光催化剂；本发明的第二目的为提供该催化剂的制备方法；本发明的第三目的为提供该光催化剂的应用。

技术方案：本发明的一种硫脲PDI聚合物光催化剂，结构式为：

所述光催化剂采用苝-3,4,9,10-四羧酸二酐和硫脲为原料合成，苝-3,4,9,10-四羧酸二酐和硫脲的摩尔比为1：0.5～1。

所述光催化剂的结晶度为12.8～63.5％。光催化剂结晶度越高，表面晶胞有序度越高，有利于电子转移，催化效果越好。

本发明的硫脲PDI聚合物光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)以苝-3,4,9,10-四羧酸二酐和硫脲为原料，无水乙酸锌为催化剂，咪唑为溶剂，在140～200℃下反应；

(2)将(1)反应后混合物料进行酸洗，洗去酸性可溶性杂质；

(3)将(2)酸洗物料过滤，洗涤至中性，干燥，得到硫脲-PDI聚合物光催化剂。

合成路线如下：

所述步骤(1)中，苝-3,4,9,10-四羧酸二酐和硫脲在无水乙酸锌的催化作用下，在140～200℃下发生聚合反应，生成硫脲-PDI聚合物，降温至室温，反应后混合物料为固体。步骤(2)中加入盐酸、硝酸等酸溶液进行酸洗，加入酸溶液后搅拌，使咪唑以及一些杂质溶解，目标产物为固体不溶解；通过酸洗可除去咪唑及一些酸性可溶性杂质。

优选的，步骤(1)中，所述反应温度为180～200℃。反应温度影响光催化剂的π-π堆积度，反应物温度高，π-π堆积度越高。π-π堆积度越高，即有序度越高，光催化活性越好。

步骤优选的，所述苝-3,4,9,10-四羧酸二酐与无水乙酸锌的摩尔比为1:0.5～1。无水乙酸锌起到助催化剂的作用，无水乙酸锌用量越多，反应速率越快。

优选的，步骤(3)中，干燥温度为50～80℃。

本发明的光催化剂在降解酚类有机污染物中的应用。

所述应用方法为：将所述催化剂加入含有酚类有机污染物的污水中，打开可见光光源，加入过一硫酸盐或过二硫酸盐进行可见光催化降解反应。