具有光催化活性的聚合物基光催化材料的制备方法及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于光催化材料技术领域，具体设及一种具有光催化活性的聚合物基光催 化材料的制备方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，人们在环境污染的防治方面开展了深入的研究。光催化材料利用可再生 和无污染的太阳能来处理污染物，能完全矿化污染物，最终产物无毒，并且能在常溫常压的 溫和条件下降解污染物，因此在空气净化、污水纯化、抗菌防霉、环境治理方面发挥着至关 重要的作用。但是二氧化铁通常W粉体形式存在，难成型，光催化反应后回收困难，使用范 围受到极大限制，因此，制备可成型的光催化材料具有极高的应用价值。其中，制备负载于 其他基体材料表面的光催化涂层是一种重要的实现方式。目前，用于制备二氧化铁光催化 涂层的基体材料多为无机或金属材料，对聚合物基二氧化铁光催化涂层的研究极少，原因 在于W下几点：（1)由于聚合物材料与二氧化铁粒子的表面极性差异，很难在聚合物基材 表面制备附着力良好的光催化涂层；（2)聚合物基材在光催化反应过程中的结构保护成为 关键技术难题，需防止光催化降解污染物的同时降解聚合物基材。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种具有梯度结构且具有高光催化活 性的聚合物基光催化材料的制备方法。
[0004] 本发明的目的由W下技术措施实现，其中所述原料份数除特殊说明外，均为重量 份数。 阳〇化]一种具有光催化活性的聚合物基光催化材料的制备方法，其步骤包括： 阳006] (1)取二氧化铁粒子0. 5-5份，无水甲苯15-300份加入单口烧瓶中，经超声波在 250-1000瓦的功率下处理5-15分钟充分分散；
[0007] 似再向单口烧瓶中加入化化甜，甜-全氣辛基S乙氧基硅烷0. 1-1. 5份，60°C 磁力揽拌下反应4-6小时，过滤后将滤渣在50°C下真空干燥24小时，获得表面氣化处理的 纳米二氧化铁粒子；
[0008] (3)将壳聚糖溶解在体积浓度为1 %的乙酸水溶液中得到质量浓度为2-5%的壳 聚糖溶液；
[0009] (4)取3-缩水甘油基氧丙基=甲氧基硅烷30-50份，水15-30份，无水乙醇15-30 份倒入单口烧瓶中，用2 %稀盐酸调整抑值至4-6,60°C磁力揽拌下反应4-6小时，过滤后 得到的滤液为娃溶胶I;
[0010] 妨将3-5份娃溶胶I与120-200份步骤做制得的壳聚糖溶液混合，80°C磁力揽 拌下反应4小时，冷却至室溫，再用30-50份无水乙醇稀释后，涂覆在聚合物基材上，涂膜后 室溫表干，再将聚合物基材置于真空中50°C下干燥24小时；
[0011] (6)取30-50份正娃酸乙醋、50-70份3-缩水甘油基氧丙基S甲氧基硅烷、30-60 份无水乙醇和10-30份水倒入单口烧瓶中，用2%稀盐酸调整抑值至5-6,60°C磁力揽拌下 反应4-6小时，过滤后得到娃溶胶II;
[0012] (7)将0. 01-0. 05份步骤（2)制得的表面氣化处理的纳米二氧化铁粒子加入到10 份2-下酬中，超声分散均匀；
[001引 做取5份步骤（7)制得的混合液加入25份步骤（6)制得的娃溶胶II中，超声分 散均匀；再涂覆在步骤（5)处理得到的聚合物基材上，涂膜后室溫表干，再置于真空中50°C 下干燥24小时，即得到本发明具有光催化活性的聚合物基光催化材料。
[0014] 作为优化，步骤（1)中所述二氧化铁粒子在100-120°C下干燥2-5小时；
[0015] 作为优化，步骤巧）中，所述聚合物基材为聚乳酸、聚己内醋、聚对苯二甲酸乙二 醇醋、聚碳酸醋等；
[0016] 作为优化，步骤巧）中，所述聚合物基材为厚度200-300ym的聚合物薄膜；
[0017] 作为优化，步骤（1)中，所述二氧化铁粒子是锐铁型，粒径为10-30纳米；
[0018] 作为优化，步骤（5)和/或（8)中，所述涂覆可采用旋涂、浸涂和/或喷涂法；
[0019] 作为优化，所述超声波频率范围20-50曲Z，功率250-1000W;
[0020] 本发明所述具有光催化活性的聚合物基光催化材料作为紫外处理污染物降解催 化剂的应用。
[0021] 本发明所述具有光催化活性的聚合物基光催化材料在有效波长范围内能有效降 解的污染物为乙締、甲醒、甲基澄、苯酪和/或苯。
[0022] 本发明具有如下优点：1.聚合物薄膜易加工成型且外观多样，光催化涂层涂覆后 解决了二氧化铁粉体难成型的问题，拓展了光催化材料的应用范围，对光催化材料的实际 应用和开发具有深远意义；2.通过制备梯度涂层，使大部分二氧化铁粒子聚集于涂层的最 顶层，增大了二氧化铁与污染物的接触几率，增强了光催化活性，同时由于阻隔层的存在提 高了基材的稳定性；3.光催化聚合物薄膜的涂覆简单，可采用旋涂、浸涂和喷涂法实现。采 用本发明方法制备得到的聚合物薄膜材料，在紫外光照射下具有光催化活性，能有效降解 有机污染物。
【附图说明】
[0023] 图1为本发明实施例横截面的扫描电子显微镜照片；
[0024] 图2为聚合物与本发明实施例的水接触角照片； 阳0巧]其中a为聚合物基材，b为本发明实施例；
[00%]图3为本发明实施例聚合物基催化薄膜在光催化循环次数与降解率关系图。 具体实施例
[0027] 下面通过实施例对本发明进行具体描述，有必要在此指出的是本实施例只用于对 本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可W根据上述发明的内容作出一些非本质的改进和调整。 阳0測 实施例1
[0029] 一种具有光催化活性的聚合物基光催化材料的制备方法，其步骤包括：
[0030] (1)先将二氧化铁粒子在120°c下干燥2小时；
[0031] (2)取步骤（1)处理好的二氧化铁粒子1. 5份，无水甲苯100份加入单口烧瓶中， 经超声波在250-500瓦的功率下处理10-15分钟充分分散； 阳0巧 做再向单口烧瓶中加入化化2H，甜-全氣辛基S乙氧基硅烷0. 5份，60°C磁力 揽拌下反应4小时，使用砂忍漏斗过滤后，将滤渣在50°C下真空干燥24小时，获得表面氣化 处理的纳米二氧化铁粒子；
[0033] (4)将壳聚糖溶解在体积浓度为1 %的乙酸水溶液中得到质量浓度为2 %的壳聚 糖溶液；
[0034] (5)取3-缩水甘油基氧丙基=甲氧基硅烷30份，水20份，无水乙醇20份倒入单 口烧瓶中，用质量百分数为2%的稀盐酸调整pH值至4-6,60°C磁力揽拌下反应4小时，过 滤后得到的滤液为娃溶胶I;
[00对 （6)将3份娃溶胶I与120份步骤（4)制得的壳聚糖溶液混合，80°C磁力揽拌下反 应4小时，冷却至室溫，再用30份无水乙醇稀释后，涂覆在厚度为200-300ym的聚合物薄 膜上，涂膜后室溫表干，再将聚合物基材置于真空中50°C下干燥24小时；
[0036] (7)取30份正娃酸乙醋、50份3-缩水甘油基氧丙基S甲氧基硅烷、30份无水乙醇 和10份水倒入单口烧瓶中，用质量百分数为2%稀盐酸调整抑值至5,60°C磁力揽拌下反 应4小时，过滤后得到娃溶胶II;
[0037] 做将0. 01份步骤做制得的表面氣化处理的纳米二氧化铁粒子加入到10份 2-下酬中，超声分散均匀；
[0038] (8)取5份步骤（8)制得的混合液加入25份娃溶胶II中，超声分散均匀；再涂覆 在步骤（6)处理得到的聚合物薄膜上，涂膜后室溫表干，再置于真空中50°C下干燥24小时， 即得到本发明具有光催化活性的聚合物基光催化材料。
[0039] 作为优选，步骤化）中所述聚合物为聚乳酸、聚己内醋、聚对苯二甲酸乙二醇醋和 /或聚碳酸醋；
[0040] 作为优选，步骤（1)中，所述二氧化铁粒子是锐铁型，粒径为20-30纳米；
[0041] 作为优选，步骤（6)和/或巧）中，所述涂覆可采用旋涂、浸涂和/或喷涂法；
[0042] 作为优选，所述超声波频率范围20-30曲Z，功率250-500W。 柳43] 实施例2
[0044] 一种具有光催化活性的聚合物基光催化材料的制备方法，其步骤包括： W45] (1)先将二氧化铁粒子在ll〇°C下干燥3小时；
[0046] (2)取步骤（1)处理好的二氧化铁粒子2份，无水甲苯200份加入单口烧瓶中，经 超声波在500-750瓦的功率下处理8-12分钟充分分散；
[0047] 做再向单口烧瓶中加入化化2H，甜-全氣辛基S乙氧基硅烷1份，60°C磁力揽 拌下反应5小时，使用砂忍漏斗过滤后，将滤渣在50°C下真空干燥24小时，获得表面氣化处 理的纳米二氧化铁粒子； W48] (4)将壳聚糖溶解在体积浓度为1%的乙酸水溶液中得到质量浓度为3%的壳聚 糖溶液；
[0049] (5)取3-缩水甘油基氧丙基=甲氧基硅烷40份，水25份，无水乙醇20份倒入单 口烧瓶中，用质量百分数为2%稀盐酸调整抑值至4-6,60°C磁力揽拌下反应4小时，过滤 后得到的滤液为娃溶胶I;
[0050] (6)将3-5份娃溶胶I与180份步骤（4)制得的壳聚糖溶液混合，80°C磁力揽拌下 反应4小时，冷却至室溫，再用40份无水乙醇稀释后，涂覆在厚度为200-300ym的聚合物 薄膜上，涂膜后室溫表干，再将聚合物基材置于真空中50°C下干燥24小时；
[0051] (7)取35份正娃酸乙醋、60份3-缩水甘油基氧丙基=甲氧基硅烷、45份无水乙醇 和15份水倒入单口烧瓶中，用质量百分数为2%稀盐酸调整抑值至6,60°C磁力揽拌下反 应5小时，过滤后得到娃溶胶II; 阳05引 做将0. 03份步骤做制得的表面氣化处理的纳米二氧化铁粒子加入到10份 2-下酬中，超声分散均匀；
[005引 做取5份步骤做制得的混合液加入25份娃溶胶II中，超声分散均匀巧涂覆 在步骤（6)处理得到的聚合物薄膜上，涂膜后室溫表干，再置于真空中50°C下干燥24小时， 即得到本发