一种新型结构的光催化氧化物纳晶薄膜及其制备方法与应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于光催化技术领域，具体涉及一种新型结构的光催化氧化物纳晶薄膜降 解有机染料性能和这种薄膜的制备方法。
【背景技术】
[0002] 在我国乃至全世界，长期严重的水污染问题影响着水资源利用和水生态系统的完 整性，影响着人民群众身体健康，这也已经成为制约我国经济社会可持续发展的重大瓶颈。 水污染突发事件频发，生产事故、水污染长期积累等引发的污染事件对区域社会经济发展 构成严重的威胁，也严重影响区域社会稳定。松花江水污染事件、太湖蓝藻危机引起国内、 国际社会的广泛关注。
[0003] 通过GC-MS技术对我国太湖流域进行检测，共检出273种有机化学污染物，比1985 年多检出200项，其中有21种属于优先控制污染物(萘、苊烯、苯并荧蒽、二苯并蒽等多环 芳烃和硝基多环芳烃)，43种属于内分泌干扰物(多氯联苯、烷基酚、邻苯二甲酸盐、代森锰 等)。对于这些持久性有机污染物（POPs)，即使浓度很小，对自然环境下的生物降解、光降解 等仍具有很强的抵抗力。
[0004] 水污染的治理主要经历了三个发展阶段，在20世纪初期，由于对化学物质的毒性 时间性和生物富集等作用认识不够深入，人们通过稀释废物防治污染；21世纪70年代，防 治对策进入"管理与控制时代";在我国，水污染治理重点从起初控制好氧性有机污染物(控 制BOD及COD排放量为主)和氮磷转移到难生物降解的有毒有害优先控制污染物(挥发性卤 代烃类、苯系物、酚类、多氯联苯类、多环芳烃类、农药、重金属及氧化物)。然而，传统废水处 理工艺对此类有毒有害的优先污染控制物往往达不到满意的处理效果，而且处理过程中产 生二次污染。因此，非常有必要发展新型水处理技术。随着物理化学、生物学及材料科学等 研宄成果在水污染控制方面的应用，水污染处理的理念正经历深刻的变化。其中，近年来兴 起的光催化氧化法展示了良好的发展前景。
[0005] 光催化技术是一种新兴的高效、节能的高级氧化水处理技术，已成为当前国内外 废水处理技术研宄的热点。光催化法是利用光照某些具有能带结构Ti0 2、ZnO、CdS、103等 诱发强氧化自由基·〇Η，使许多难实现的化学反应能在常规条件下进行，有效降解有机污染 物，达到除毒、脱色，矿化为无机小分子的目的。半导体光催化氧化法是一种深度氧化过程， 能有效地氧化染料废水中许多难降解的有机污染物，达到除毒、脱色、去臭，直至矿化为无 机小分子的目的。半导体材料二氧化钛和氧化锌等因化学性质稳定，无毒、光催化活性高， 氧化能力强等优点成为优良的光催化材料。二氧化钛光催化氧化技术在氧化降解水中有机 污染物，特别是难降解有机污染物时有明显的优势。Ti氯代物、氟里昂、含油废水等都可以 被110 2催化降解。其中染料废水主要包括：甲基橙、甲基蓝、罗丹明6G、罗丹明B、水杨酸、 羟基偶氮苯、分散大红、含磺酸基的极性偶氮染料等。但由于二氧化钛的局限：（1)光生电 子空穴容易复合，导致光催化活性降低；（2)禁带宽度较宽（3.2 eV)，只能被在太阳光中所 占比例不到5%的紫外线激发。且光生电子空穴复合速度快，量子效率较低，因此直接利用 太阳能进行光催化受到很大限制。
【发明内容】
[0006] 针对上述技术现状，本发明所要解决的技术问题是提供了一种新型结构的光催化 氧化物纳晶薄膜，通过促进光生电子空穴的分离，可以显著提高纳晶薄膜的光催化效率，同 时提出制备这种新型结构薄膜的方法。
[0007] 本发明所公开的技术方案如下： 一种被修饰了聚3-己基噻吩化合物的TiO2多孔纳晶薄膜，其特征在于它是由P3HT/ TiO2薄膜附着在玻璃上构成；3-己基噻吩结构式：
【主权项】
1. 一种被修饰了聚3-己基噻吩化合物的TiO2多孔纳晶薄膜，其特征在于它是由P3HT/ TiO2薄膜附着在玻璃上构成；3-己基噻吩结构式：
所述P3HT :1102的重量份数比为1-2:10。
2. -种被修饰了聚3-己基噻吩化合物的TiO2多孔纳晶薄膜，现场修饰在纳晶二氧化 钛薄膜上的方法，其特征在于按如下的步骤进行： (1) 玻璃基底处理：将玻璃裁片用洗涤液清洗，然后用蒸馏水超声清洗，烘干后在丙酮， 乙醇溶液中各超声清洗15分钟，清洗干净的玻璃放在异丙醇溶液中浸泡24个小时以上 备用； (2) 二氧化钛纳晶薄膜的制备：取1. 00 g商品化的P25二氧化钛纳米颗粒粉末置于研 钵中，加入5滴曲拉通X-100和8 mL正丁醇，研磨3小时；将研好的二氧化钛胶体利用刮涂 法刮涂在洗干净的玻璃基底上，然后在空气中450 °C下焙烧30分钟； (3) 聚3-己基噻吩化合物的制备： A液：称取5. 1904 g FeCl3固体，溶解于10 mL乙醚中，加入4 mL I mol/L HCl溶液， 超声搅拌15分钟，静置，取上层清液； B液：称取0.10 g_0.20g 3-己基噻吩单体溶于6 mL乙醚溶液中，震荡，使其混合均 匀；将1个二氧化钛薄膜先放入A液2分钟，取出，在乙醚溶液中清洗后放入B液，10分钟 取出，用吹风机吹干； (4) 光催化性能评价：将其放置于20 μ M甲基橙溶液中，在黑暗条件下使得底物达到 吸附饱和，然后再打开28 W 254 nm低压紫外灯进行光催化降解，每隔一段时间取样用紫外 可见分光光度计测定在甲基橙最大吸收波长（517 nm )处的吸光度值，计算待降解底物的 剩余浓度。
3. 权利要求2所述的制备方法，其中步骤（3)中P3HT/Ti0 2薄膜的制备，现场在纳晶二 氧化钛薄膜表面上直接化学聚合噻吩单体。
4. 权利2所述的制备方法，其中所述的二氧化钛纳晶薄膜还可以是二氧化锡纳晶薄膜 或氧化锌纳晶薄膜。
5. 采用权利要求2所述方法制备的聚合3-己基噻吩修饰的纳晶二氧化钛薄膜，在光 催化降解有机物方面的应用。
【专利摘要】本发明公开了一种新型结构的光催化氧化物纳晶薄膜及其制备方法与应用。该纳晶薄膜结构为P3HT/TiO2复合薄膜。所述P3HT：TiO2的重量份数比为1-2:10。本发明采用化学催化合成方法，在二氧化钛纳晶薄膜上以FeCl3催化聚合3—己基噻吩形成P3HT/TiO2复合薄膜。表明修饰聚噻吩能促进二氧化钛纳晶薄膜上的光生电子和空穴的快速分离，其光催化性能显著优于未修饰P3HT的二氧化钛纳晶薄膜。
【IPC分类】B01J31-26, C02F1-30, B01J31-38, C02F1-32
【公开号】CN104857994
【申请号】CN201510222887
【发明人】张敬波, 刘婧婷
【申请人】天津师范大学
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年5月5日