[发明专利]具有光催化活性的聚合物/二氧化钛杂化膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于二氧化钛光催化剂领域，特别涉及一种具有光催化活性的聚合物/二氧化钛杂化膜的制备方法，由该方法获得的具有光催化活性的聚合物/二氧化钛杂化膜产品，以及该产品用于水中有机污染物光降解的用途。

背景技术

随着社会不断发展，生活污水和生产污水的排放量日益增加，环境污染日益严重，如何保护水资源，保护环境成为全世界关注的热点。自从1976年Carey[Environ.Contam.Toxicol.16(1976)697]报道了二氧化钛光催化去除污水中的有毒污染物之后，二氧化钛光催化剂开始应用于水处理领域的各个方面。半导体二氧化钛光催化剂由于具有高的光催化活性、化学性质稳定、价格低廉且无毒无害，是目前应用最广泛也是前景最好的半导体光催化剂。在光能照射下，锐钛矿型二氧化钛吸收光能后产生具有高活性的羟基自由基和过氧自由基，这些自由基能分解几乎所有的有机污染物，生成二氧化碳和水。

在水处理的实际应用过程中，为了提高光催化反应效率，二氧化钛纳米粒子需要与水中的有机污染物充分接触，因此大多采用悬浮体系。然而悬浮体系虽然能提高光催化反应效率，但同时给二氧化钛光催化剂的回收再利用造成困难。通过传统的沉降或离心的分离技术实现二氧化钛纳米粒子回收不仅能耗大，而且会对环境造成二次污染，严重制约了二氧化钛光催化剂在水处理领域的工业化应用。因此，目前用于克服这些缺点的有效途径是将催化剂负载在基体材料上，制备负载型的光催化剂。常用的负载方法是通过静电相互作用、氢键作用和吸附作用[CN200910153373.1：负载型纳米二氧化钛催化剂的制备方法]将二氧化钛纳米粒子负载在基体材料上，比如玻璃、陶瓷和金属表面，有机粘土，碳纤维，活性炭，棉布，聚合物基体[CN200910228598.9：聚乙烯膜负载型铁、氮掺杂二氧化钛光催化剂及其制备方法]等。但由于这些负载作用力都较弱，在长期循环使用过程中仍然无法避免二氧化钛纳米粒子的流失问题，从而造成光催化活性的降低，限制光催化剂用于水处理领域的产业化。

通过基体材料与二氧化钛纳米粒子之间产生化学键合实现纳米粒子负载是一种重要的负载方法。二者之间的化学键可以将二氧化碳纳米粒子牢牢地铆接在聚合物分子链上，起到有效负载二氧化钛纳米粒子的作用，避免二氧化钛纳米粒子的流失，从而制备得到可长期用于降解水中污染物的光催化膜。

发明内容

本发明的一目的是提供一种具有光催化活性的聚合物/二氧化钛杂化膜的制备方法，这种制备方法实现了二氧化钛纳米粒子在聚合物基体上的化学负载，克服了现有负载技术的不足。

本发明的另一目的是提供一种具有光催化活性的聚合物/二氧化钛杂化膜产品。

本发明的还一目的是提供该具有光催化活性的聚合物/二氧化钛杂化膜在用于水中有机污染物光催化降解方面的用途。

本发明的具有光催化活性的聚合物/二氧化钛杂化膜具有光催化活性高、负载性好、二氧化钛纳米粒子在长期使用过程中不流失，可保持高的光催化活性等优点。

本发明的具有光催化活性的聚合物/二氧化钛杂化膜的制备方法，是利用聚合物分子链上的羟基和羧基官能团与二氧化钛纳米粒子表面的钛羟基发生化学反应，使得二氧化钛纳米粒子接枝到聚合物分子链上，从而起到有效负载二氧化钛纳米粒子的作用。

本发明的具有光催化活性的聚合物/二氧化钛杂化膜，首先通过溶液共混法，得到聚合物/二氧化钛分散体系，再利用溶液铺膜法或静电纺丝法制备得到聚合物/二氧化钛杂化膜的基膜，然后通过热处理的方法使二氧化钛纳米粒子接枝到聚合物分子链上，制备得到具有光催化活性的聚合物/二氧化钛杂化膜，这种杂化膜能够化学负载二氧化钛纳米粒子。

本发明的具有光催化活性的聚合物/二氧化钛杂化膜的制备方法包括以下步骤：

(1)将原料二氧化钛纳米粒子分散到溶剂中，搅拌，形成均匀分散的二氧化钛分散液；或采用溶胶-凝胶法制备得到二氧化钛溶胶；

(2)将聚合物溶解到步骤(1)得到的二氧化钛分散液或二氧化钛溶胶中，形成聚合物/二氧化钛分散体系；

其中，所述的聚合物/二氧化钛分散体系中，聚合物的含量为4～10wt％，二氧化钛的含量为聚合物质量的0.5～50wt％；

(3)将步骤(2)得到的聚合物/二氧化钛分散体系通过铺膜法或静电纺丝法制膜，得到聚合物/二氧化钛杂化膜的基膜；

(4)将步骤(3)得到的杂化膜的基膜进行热处理，使聚合物与二氧化钛纳米粒子之间发生化学反应，即得到所述的具有光催化活性的聚合物/二氧化钛杂化膜；