[发明专利]壳聚糖负载金属硫化物光催化剂的光化学制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光催化剂材料的制备技术，尤其涉及一种壳聚糖负载金属硫化物型光催化剂的光化学制备方法。

背景技术

半导体金属硫化物如CdS、CuS、PbS、ZnS等具有优良的光催化性能，在高浓度有机废水处理方面有着良好的应用前景。目前半导体金属硫化物的制备方法主要有：元素直接反应法(Direct Elemental Reaction)、均匀沉淀法(Homogeneous Precipitation)、水热合成法、微乳法(Microemulsion)和溶胶-凝胶法(Sol-Gel)。

在这些制备方法中，作为一种早期的制备技术，元素直接反应法因其反应能耗高、产物粒径较大、杂质含量较高等缺点，目前在研究应用方面基本被淘汰。采用均匀沉淀法制备超细粉末研究的较多。它具有设备效率低，工艺简单，掺杂金属粒子简便、均匀等优点。水热合成法是指在密闭反应器(高压釜)中，采用水溶液作为反应体系，通过将反应体系加热至临界温度，在反应体系中产生高压环境而进行无机合成与材料制备的一种有效方法。这种方法目前还仅停留在研究、开发阶段，存在的问题主要是工艺设备复杂、成本较高，但该方法仍是一种极有前途的制备粉末的方法。

此外，半导体金属硫化物存在较严重的光腐蚀现象。半导体金属硫化物在对有机物进行光催化降解过程中的光腐蚀将导致被处理水的二次重金属污染，同时也将导致半导体金属硫化物光催化功能的逐渐丧失。因此将半导体金属硫化物与有机高分子聚合物复合，能够在一定程度上改善其光腐蚀性能。但目前的半导体金属硫化物的制备工艺不利于实现其与有机高分子材料的原位复合。采用后期复合的工艺，一方面影响半导体金属硫化物光催化性能，另外，其光腐蚀性能的改善也不明显。

光化学是材料合成的一项重要技术，主要是通过物质吸收光子，形成激发态分子，进而发生相关的化学反应而生成特定材料的一种方法。相应于热化学，光化学有如下特点：

①光是一种非常特殊的生态学上清洁的“试剂”；

②光化学反应条件一般比热化学要温和；

③光化学反应能提供安全的工业生产环境，因为反应基本上在室温或低于室温下进行；

④在常规合成中，可通过插入一步光化学反应大大缩短合成路线；

⑤该类反应只受光的控制，可通过光路的控制而体现材料合成的灵活性，这将为材料的器件化、局部化修饰、材料的过功能化及廉价合成提供有效的工具，也为半导体金属硫化物与有机高分子材料的原位复合提供了良好的手段。

壳聚糖是天然甲壳素的脱乙酰产物，是一种广泛存在于甲壳类动物及昆虫外壳的天然多糖类物质。在其分子结构中有大量的自由氨基和羟基活性基团，其中的自由氨基具有与脂肪族一级氨几乎相同的化学反应特性，具有螯合重金属离子的功能。在弱酸性水溶液中，壳聚糖分子结构中带有大量-NH³⁺基团，而成为高分子电解质类物质。关于壳聚糖及其衍生物的开发利用一直倍受各个领域的重视，特别是其独特的吸附功能更是得到了深入的研究。壳聚糖对各种重金属离子，如：Co²⁺、Ni²⁺、Mn²⁺、As²⁺、Cr²⁺等的吸附性能、对染料废水中的小分子有机物质的吸收等方面，国内外都有大量的研究报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种壳聚糖负载金属硫化物光催化剂的光化学制备方法，其工艺简单、成本低，该光催化剂中的金属硫化物以纳米状态分散于壳聚糖分子间。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种壳聚糖负载金属硫化物光催化剂的光化学制备方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)制备壳聚糖金属离子配合物微粒：将处于溶液状态下的壳聚糖与金属离子形成配合物，搅拌下应用碱性溶液调整配合物溶液pH值至中性使配合物析出，洗涤过滤制得壳聚糖金属离子配合物微粒；

(2)配制前驱液：将制得的所述壳聚糖金属离子配合物微粒分散到含有硫源的水溶液中配制成壳聚糖负载金属硫化物的前驱液；

(3)光化学反应：将制得的壳聚糖负载金属硫化物的前驱液放置于紫外光源下，搅拌反应2~48小时；

(4)光催化剂的后处理：光化学反应结束后，经过滤、洗涤、干燥后即得壳聚糖负载金属硫化物光催化剂。

进一步的，步骤(1)具体为：

以0.2～5wt％的酸性水溶液为溶剂，以金属盐、壳聚糖为溶质，配制壳聚糖浓度为5～100g/L的壳聚糖酸性溶液，在30～80℃的温度下搅拌1～5小时，制得壳聚糖金属离子配合物溶液；