[发明专利]一种加载有光催化剂纳米粒子的聚合物多孔珠载体材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种一步法合成加载有光催化剂纳米粒子的聚合物多孔珠载体的方法，这一多孔珠可反复多次用于光催化净化污水过程。具体涉及以单体、交联剂、表面活性剂和引发剂的溶液为水相，采用商品化气相法二氧化钛纳米粒子为稳定剂，制备水包油型高内相乳液，并将该乳液滴入另一油相介质进行沉淀聚合来制备载有二氧化钛纳米粒子的多孔珠，再而多次使用此多孔珠催化紫外光照分解污染物反应，净化污水。

背景技术

涉及半导体催化剂的非均相催化过程可降解大部分难以分解的有机化合物使产生无害的二氧化碳和水，这在工业用水的处理方面有着很高的应用价值，因此引起人们极大的兴趣。在众多半导体光催化剂中，二氧化钛因其高催化活性、较好的化学稳定性和力学性能一直备受关注，但其使用过程中通常需分散于需处理的水中形成浆状，这无疑对催化剂的回收造成困难，也给处理用水带来了二次污染，所以，各种多孔材料已被用作光催化剂载体，使催化反应后易于回收催化剂。近来，聚合物多孔材料已被越来越多地用作催化剂载体，其制备方法也已有多种见报，如采用超临界流体、鼓气、胶体模板组装、聚合物前驱模板法及高内相乳液模板法。其中高内相乳液模板法制得的聚合物多孔材料有许多优点，如：大孔孔径和孔径分布可调，孔容积大，制品外观形貌可以根据模具任意成型，有一定的力学稳定性及其表面可以根据不同使用环境功能化等。这些优点使高内相乳液模板法制得的聚合物多孔材料的研究和制备对于科学研究和生产实践有着重要的意义。迄今，高内相乳液模板法制备的聚合物多孔材料已在催化剂载体领域向人们展示了广阔的应用前景。

高内相乳液即分散相体积百分数大于等于74.05%的乳液。这一乳液自从二十世纪六十年首次报道以来，作为模板来制备开孔聚合物材料，已经有众多的文献报道，如道化学公司于2000年申请的美国专利 (US Pat 6,147,131) 及卡梅隆、比斯麦和章圣苗等于聚合物杂志上发表的一系列文章等。然而，在其用于催化剂载体方面，已见报的工作一般采用两步法制备，即先合成多孔材料载体，再对其进行表面改性来赋予其催化功能；或先合成带有双键基团的催化剂，再将其加入乳液模板的连续相中进行聚合来制备多孔催化剂，这种两步制备法既增加了反应的复杂性，耗时多，也提高了制备成本。

采用纳米粒子取代表面活性剂稳定的高内相乳液即皮克林高内相乳液亦可作为模板，并通过固化其连续相制备出多孔材料。这种用纳米粒子稳定的乳液模板具有较好的稳定性，且只需一步法便可制得孔壁表面被稳定剂纳米粒子所功能化的聚合物多孔材料，此外，由于聚合过程使纳米粒子牢牢嵌于孔壁表面，可有效防止纳米粒子在水介质中的泄漏。近年来，此种多孔材料已有报道，如章圣苗等分别采用聚合物微球和无机纳米粒子代替传统表面活性剂来稳定水包油和油包水型高内相乳液，并制备了亲水性和疏水性聚合物多孔材料（ZL2009102013081、ZL2009102013096、2011102577255）。然而，其所制得的多孔材料均为块材，物质传输能力较差，不利于用作反应催化剂，而且后期将其研磨成较小块状会费时费力。

库柏等人已在化学材料期刊上提出制取多重乳液并利用沉淀聚合反应直接制备小型珠状聚合物多孔材料的方法，避免了费时费力的研磨再成形过程。这种方法为制备珠状多孔催化剂载体提供了基础。迄今，通过一步法制备加载有光催化剂纳米粒子的聚合物多孔珠载体材料的方法尚未有成功的报道。

本发明公开了一种以单体、交联剂、表面活性剂和引发剂的溶液为水相，采用商品化气相法二氧化钛纳米粒子为稳定剂，制备水包油型高内相乳液，并将该乳液滴入另一油相介质进行沉淀聚合来制备载有二氧化钛纳米粒子的多孔珠的方法，并将此多孔珠多次用于催化紫外光照分解有机污染物反应。这种一步法合成载有光催化剂的多孔载体简化了实验步骤，提高了生产效率，而珠状载体材料也可提高催化效率，实现其多次高效催化紫外光照分解有机污染物反应，并可有效防止催化剂粒子在水介质中的泄漏。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是公开一种新的制备载有光催化剂纳米粒子的聚合物多孔珠载体的方法，并将该多孔珠多次用于催化紫外光照分解有机污染物反应。

本发明所述的制备加载有光催化剂纳米粒子的珠状聚合物多孔载体材料的方法，包括如下步骤：