[发明专利]一种光催化降解有机染料的高岭土基复合气凝胶

说明书

技术领域

本发明用天然聚合物-高岭土复合物作为载体固载了具有高孔隙率、大比表面积的氧化银基气凝胶，可作为降解废水中的有机染料的光催化剂。

背景技术

染料废水是一种主要的水污染源，据统计市售染料年产量已超过7万吨，其中15%的染料在染色过程中会发生流失。该类废水由于其有机物浓度高、成分复杂、毒性强等特点，富集到人体内，会对人体造成一定的伤害，已成为最难处理的工业废水之一。近年来，基于半导体材料的光催化技术，因其可有效地利用太阳能转换来治理环境污染，已成为解决环境污染的最绿色、最有效的新技术。光催化剂的研发也成为环境污染领域人们所关注的重点。然而现已报道的光催化剂产品多存在着量子效率低、光谱响应窄、或稳定性不佳等问题，并不能应用于实际生产。研究发现基于氧化银的窄带隙半导体光催化剂同时具备可见光响应和制备简单的特性，但纯氧化银作为一种贵金属氧化物，成本高；光生电子和空穴易发生复合，导致有效光生电子或空穴的数量比较少；易被自身产生的光生空穴分解，循环稳定性不佳；为粉末状，回收困难，易造成二次污染。而通过将其固载于一定的载体上，可以有效地改善或消除纯氧化银作为光催化剂的上述缺陷。为此，一些研究者集中在开发一些合适的固定颗粒催化剂的载体，如氧化石墨烯、纤维素、二氧化钛和黏土等。其中，粘土作为一种廉价和丰富的催化剂载体，最近得到了很大的关注，有望应用于粉末状光催化剂的固载，防止其严重团聚。

高岭土是地球上丰富的、低成本的黏土，它由一个四面体硅片夹一个八面体铝片。高岭土层间的共价键可有效地固定半导体催化剂，且能防止其溶胀和脱落。天然聚合物是一种具有生物兼容性的聚合物，其成胶性和金属结合性使其被广泛应用于制备蛋壳结构的金属聚合物超分子水凝胶。据报道，黏土可以促进电子和有机物的迁移，这意味着两者都非常适合作催化剂的载体。

本发明以天然聚合物和高岭土为载体合成具有很高比表面积的氧化银/天然聚合物-高岭土复合气凝胶。此方法具有反应条件温和、简单易行的优点。

发明内容

本实验提供用天然聚合物-高岭土为载体合成氧化银/天然聚合物-高岭土复合气凝胶。操作步骤如下。

1. 在水体系中，透明质酸钠、羧甲基纤维素、海藻酸钠、羧甲基壳聚糖、淀粉为制孔剂，高岭土为孔径调控剂，硝酸银、氟化银和高氯酸银与天然聚合物-高岭土复合物反应，生成氧化银/天然聚合物-高岭土复合水凝胶。

2. 冷冻干燥得到氧化银/天然聚合物-高岭土复合气凝胶。

附图说明

图1为本发明第1实施例制备的氧化银/天然聚合物-高岭土复合气凝胶扫描电镜图。

图2为本发明第1实施例制备的氧化银/天然聚合物-高岭土复合气凝胶透射电镜图。

图3为本发明第1实施例制备的天然聚合物与高岭土的不同比例对氧化银/天然聚合物-高岭土复合气凝胶光响应性的影响图。

图4为本发明第1实施例制备的天然聚合物与高岭土的不同比例对氧化银/天然聚合物-高岭土复合气凝胶光催化降解有机染料的影响图。

具体实施方式

通过具体的实施例对本发明进行进一步详细描述。

实施例1：10 mg的高岭土加入10 mL 0.2%（W/V）的海藻酸钠溶液中，形成1:0、50:1、40:1或30:1（海藻酸钠:高岭土）的不同质量比的混合溶液。该溶液在室温下搅拌使其完全混匀。然后，用1 mL的注射器逐滴地将该混合溶液慢慢地加入40 mL 0.15%（W/V）硝酸银溶液中形成水凝胶。然后用去离子水冲洗多次除去水凝胶表面过量的银离子。所制备的水凝胶微球用高压汞灯照射30 min，将银离子转化成氧化银，最后，水凝胶经冷冻干燥形成氧化银/海藻酸钠-高岭土气凝胶。

实施例2：20 mg的高岭土加入20 mL 0.4%（W/V）的透明质酸钠钠溶液中，形成1:0、50:1、40:1或30:1（透明质酸钠:高岭土）的不同质量比的混合溶液。该溶液在室温下搅拌使其完全混匀。然后，用1 mL的注射器逐滴地将该混合溶液慢慢地加入80 mL 0.3%（W/V）氟化银溶液中形成水凝胶。然后用去离子水冲洗多次除去水凝胶表面过量的银离子。所制备的水凝胶微球用高压汞灯照射30 min，将银离子转化成氧化银，最后，水凝胶经二氧化碳超临界干燥形成氧化银/透明质酸钠-高岭土气凝胶。