導電聚合物聚吡咯改性TiO₂的製備方法及其應用的製作方法

2023-07-03 19:21:41 1

專利名稱：導電聚合物聚吡咯改性TiO2的製備方法及其應用的製作方法
技術領域：
本發明屬環境材料製備技術領域，涉及一種利用溶膠-凝膠的方法製備導電聚合物聚吡咯改性TiO2複合催化劑的方法。
背景技術：
水楊酸，又稱鄰羥基苯甲酸，是一種典型的有機汙染物。水楊酸易升華並能隨水蒸氣揮發，具有酚及羧酸的化學性質，若生產水楊酸系列產品所排放的廢水中揮發酚超標，該類汙染物將危及人類的正常生活。水楊酸衍生物很多，諸如水楊酸鈉、水楊醯胺、乙醯水楊醯胺等，醫學上的常用的解熱止痛藥「阿司匹林」也是其中之一，水楊酸是生產阿司匹林等藥物的中間體，也是阿司匹林的降解產物。為確保排放廢水達到國家排放標準，如何能有效的降解掉廢水中的水楊酸及其衍生物成為了亟待解決的問題。目前，光催化技術已廣泛應用研究於環境中的廢水處理的技術。光催化氧化技術是一種環境友好型催化技術，具有能耗低、操作簡單、降解徹底、不產生二次汙染的優點，因此具有很好的應用和推廣價值。並且由於TiO2具有強烈的氧化能力、廉價、無毒和高催化活性，在光催化應用中是一種很有前途的半導體材料。因此研究TiO2光催化劑具有很重要的意義。然而TiO2具有較高的能帶間隙，只能利用太陽光中的紫外光部分，導致光催化效率比較低。而對二氧化鈦的改性都在很大程度上提高了其催化活性，解決了僅局限於紫外光區的光降解活性，使其在可見光(太陽光)下能夠有效的處理生活中的廢水、廢氣等汙染物。導電聚合物具有不同的結構，特殊的摻雜機制及光學性能。通過導電聚合物修飾TiO2，修飾後的TiO2在可見光下的光催化活性有所增強，這是由於導電聚合物對可見光的吸收以及可作光生電荷分離的有效載體，可以有效地提高光生電子的分離效率和擴展對可見光的響應範圍，抑制光生載流子的複合，提高光催化反應的量子產率，對降解有機汙染物的效率有明顯的提聞，從而提聞催化劑的光催化活性。

發明內容
導電聚合物聚吡咯改性TiO2複合光催化劑的製備方法，其優點是合成的PPy-TiO2優點在於合成的PPy-TiO2由於是表明鱗狀的中空的管狀結構，因此具有非常大的比表面積和孔徑，能快速實現光生電子與空穴的有效分離，從而有效的利用光源降解水楊酸類廢水的目的。本發明所述的PPy-TiO2複合光催化劑的製備過程包括如下步驟
步驟A :配置PH=I 3的鹽酸溶液80 mL，
步驟B :稱取I. 73g TiOSO4加入到80 mL PH=I 3的鹽酸中，並將其放到5 25°C的水浴鍋中動力攪拌直至溶液澄清；
步驟C :向上述溶液裡逐滴加入3. 5 mL吡咯，然後再向混合溶液中緩慢加入3. 9 mL雙氧水(質量濃度為30%)，在恆定溫度下繼續動力攪拌6h ；步驟D :反應結束後，沉澱用去離子水和無水乙醇反覆洗滌多次直至溶液為中性；
步驟E :最後將樣品置於60°C真空乾燥箱中烘乾12h。光催化活性評價量取100 mL不同濃度的水楊酸溶液加入到光反應反應器中，然後分別稱取O. Ig不同的光催化樣品迅速加入到水楊酸溶液中。暗吸附反應結束後，在25°C恆溫，500W的氙燈，2. O L/min通氣量的條件下進行光催化實驗，每隔20分鐘進行取樣，反應100 min。光降解率的計算公式如下 DR = (I - c/c0) xl00%
DR表示降解率，C0 (mg/L)表示水楊酸初始濃度，C(mg/L)表示反應時間t時的濃度。有益效果
導電聚合物修飾Ti02，修飾後的Ti02對可見光的吸收以及可作光生電荷分離的有效載體，可以有效地提聞光生電子的分尚效率和擴展對可見光的響應範圍；有助於提聞催化劑的光能利用率和回收率；具有較好的處理水楊酸類廢水的優點。其優點在於合成的PPy-TiO2由於是表明鱗狀的中空的管狀結構，因此具有非常大的比表面積和孔徑，能快速實現光生電子與空穴的有效分離。並且能避免因催化劑堵塞而失活或者降低其催化活性。


圖I是PPy-TiO2的掃描電鏡圖示(SEM)；
圖2是PPy-TiO2不同的煅燒溫度(a:未煅燒；b 300°C ；c :400°C和d 500°C )的X射線衍射圖示(XRD)；
圖3是PPy-TiO2不同合成溫度(5°C ;10°C和25°C)的紅外光譜圖示(FT-IR)；
具體實施例方式下面結合具體實施實例對本發明進行詳細說明，以使本領域技術人員更好地理解本發明，但本發明並不局限於以下實施例。實施例I
(I)配置PH=I的鹽酸溶液80 mL，稱取I. 73g TiOSO4加入到80 mL PH=I的鹽酸中，並將其放到5°C的水浴鍋中動力攪拌直至溶液澄清，向上述溶液裡逐滴加入3. 5 mL吡咯，然後再向混合溶液中緩慢加入3. 9 mL雙氧水(質量濃度為30%)，在恆定溫度下繼續動力攪拌6h，反應結束後，沉澱用去離子水和無水乙醇反覆洗滌多次直至溶液為中性，最後將樣品置於60°C真空乾燥箱中烘乾12h，即得到PPy-TiO2複合光催化劑。(2)將上述步驟(I)中製得的PPy-TiO2複合光催化劑在光化學反應儀中進行光催化降解試驗，測光催化劑對水楊酸的降解率為48. 57%。圖I是實施例I的PPy-TiO2的掃描圖示，從圖中可以看出PPy-TiO2是由表面鱗狀內部空心的管狀結構組成。圖2是實施例I的PPy-TiO2不同的煅燒溫度(a:未煅燒；b 300 V煅燒；c :400 V煅燒和d :500°C煅燒)的X射線衍射圖示，從圖中a中可以看出在2 Θ =20-30°存在一個寬峰表明樣品存在導電聚合物聚吡咯，而從圖片d中可以看出特徵峰2 Θ = 25.38，37.66，48.02，53. 98 和 62. 7 和銳鈦礦 TiO2 的標準圖譜(101)，(004)，(200)，(105)，(211)and (204)相對應，因此可以說明樣品是有聚吡咯和TiO2晶體組成。
實施例2
(I)配置PH=2的鹽酸溶液80 mL，稱取I. 73g TiOSO4加入到80 mL PH=2的鹽酸中，並將其放到5°C的水浴鍋中動力攪拌直至溶液澄清，向上述溶液裡逐滴加入3. 5 mL吡咯，然後再向混合溶液中緩慢加入3. 9 mL雙氧水(質量濃度為30%)，在恆定溫度下繼續動力攪拌6h，反應結束後，沉澱用去離子水和無水乙醇反覆洗滌多次直至溶液為中性，最後將樣品置於60°C真空乾燥箱中烘乾12h，即得到PPy-TiO2複合光催化劑。(2)將上述步驟(I)中製得的PPy-TiO2複合光催化劑在光化學反應儀中進行光催化降解試驗，測光催化劑對水楊酸的降解率為40. 57%。實施例3
(I)配置PH=3的鹽酸溶液80 mL，稱取I. 73g TiOSO4加入到80 mL PH=3的鹽酸中，並將其放到5°C的水浴鍋中動力攪拌直至溶液澄清，向上述溶液裡逐滴加入3. 5 mL吡咯，然後再向混合溶液中緩慢加入3. 9 mL雙氧水(質量濃度為30%)，在恆定溫度下繼續動力攪拌6h，反應結束後，沉澱用去離子水和無水乙醇反覆洗滌多次直至溶液為中性，最後將樣品置於60°C真空乾燥箱中烘乾12h，即得到PPy-TiO2複合光催化劑。(2)將上述步驟(I)中製得的PPy-TiO2複合光催化劑在光化學反應儀中進行光催化降解試驗，測光催化劑對水楊酸的降解率為36. 57%。因此由實例1，2和3製備的複合光催化劑對水楊酸降解效果比較得出鹽酸溶液的PH最佳值為I。實施例4
(I)首先配置PH=I的鹽酸溶液80 mL，稱取1.73g TiOSO4加入到80 mL PH=I的鹽酸中，並將其放到10°C的水浴鍋中動力攪拌直至溶液澄清，向上述溶液裡逐滴加入3. 5 mL吡咯，然後再向混合溶液中緩慢加入3. 9 mL雙氧水(質量濃度為30%)，在恆定溫度下繼續動力攪拌6h，反應結束後，沉澱用去離子水和無水乙醇反覆洗滌多次直至溶液為中性，最後將樣品置於60°C真空乾燥箱中烘乾12h，即得到PPy-TiO2複合光催化劑。(2)將上述步驟(I)中製得的PPy-TiO2複合光催化劑在光化學反應儀中進行光催化降解試驗，測光催化劑對水楊酸的降解率為42. 43%。實施例5
(I)首先配置PH=I的鹽酸溶液80 mL，稱取1.73g TiOSO4加入到80 mL PH=I的鹽酸中，並將其放到25°C的水浴鍋中動力攪拌直至溶液澄清，向上述溶液裡逐滴加入3. 5 mL吡咯，然後再向混合溶液中緩慢加入3. 9 mL雙氧水(質量濃度為30%)，在恆定溫度下繼續動力攪拌6h，反應結束後，沉澱用去離子水和無水乙醇反覆洗滌多次直至溶液為中性，最後將樣品置於60°C真空乾燥箱中烘乾12h，即得到PPy-TiO2複合光催化劑。(2)將上述步驟(I)中製得的PPy-TiO2複合光催化劑在光化學反應儀中進行光催化降解試驗，測光催化劑對水楊酸的降解率為38. 65%。由實例1，4和5製備的複合光催化劑對水楊酸降解效果比較得出反應的最佳溫度為5°C。圖3是實施例1，4和5不同合成溫度的(5°C ;10°C和25°C ) PPy-TiO2的紅外光譜圖示，從圖中可以看出，在3110 CnT1寬峰處是N-H伸縮振動；在1558 cnT1和1680 cnT1峰處是聚吡咯共軛體系中的C=C伸縮振動；在1210 cnT1峰出是C-N伸縮振動；在1050 cnT1、926 cnT1和796 cnT1峰處分別是C-H面內彎曲振動、C-C環內伸縮振動和N-H環外平面彎曲振動。因此紅外結果表明是導電聚合物聚吡咯。
權利要求
1.一種PPy-TiO2複合光催化劑的製備方法，按照下述步驟進行 步驟A :配置PH=I 3的鹽酸溶液80 mL ； 步驟B :稱取I. 73g TiOSO4加入到80 mL PH=I 3的鹽酸中，並將其放到5 25°C的水浴鍋中動力攪拌直至溶液澄清； 步驟C :向上述溶液裡逐滴加入3. 5 mL吡咯，然後再向混合溶液中緩慢加入3. 9 mL質量濃度為30%的雙氧水，在恆定溫度下繼續動力攪拌6h ； 步驟D :反應結束後，沉澱用去離子水和無水乙醇反覆洗滌多次直至溶液為中性； 步驟E :最後將樣品置於60°C真空乾燥箱中烘乾12h。
全文摘要
本發明公開了導電聚合物聚吡咯改性TiO2的製備方法及其應用，本發明屬環境材料製備技術領域。步驟如下配置pH=1～3鹽酸溶液80mL，稱取1.73gTiOSO4加入到80mLpH=1-3鹽酸中，將其放到5-25℃的水浴鍋中動力攪拌直至溶液澄清；逐滴加入3.5mL吡咯，向混合溶液中緩慢加入3.9mL質量濃度30%雙氧水，恆溫動力攪拌6h；反應結束後，沉澱用去離子水和無水乙醇洗滌多次至中性；將樣品60℃真空乾燥12h。其優點在於合成的PPy-TiO2是表明鱗狀的中空的管狀結構，比表面積和孔徑非常大，能快速實現光生電子與空穴的有效分離，並能避免因催化劑堵塞而失活或者降低其催化活性。
文檔編號B01J31/38GK102962103SQ201210469119
公開日2013年3月13日 申請日期2012年11月19日 優先權日2012年11月19日
發明者閆永勝, 劉小林, 霍鵬偉, 高旬, 吳迪, 逯子揚 申請人:江蘇大學