[发明专利]一种基于多孔膜基质的单分散卟啉可见光催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光催化剂领域，具体地说是一种基于多孔膜基质的单分散卟啉可见光催化剂及其制备方法。

背景技术

我国是纺织大国，化学纤维织物更新迅速，每年产生大量的染料废水。染料废水来源复杂，如纺织行业的每一个分支行业以及纺织品生产过程中的各道加工工序均会产生染料废水。当生产不同品种的纺织品时，所需使用的原料、添加的染料、药剂均有区别，从而造成纺织行业废水中必然含有的不同含量和不同种类的有机化学物质，其种类繁多，用量非常大，COD/BOD高，导致水体化学需氧量极高。

有机染料带有一定生色基团，即使浓度不高，仍能使废水具有较深颜色。由于染料种类繁多，所具有的生色基团各异，从而使染料废水的颜色差异较大。此外，染料的分子结构中往往具有环状或杂环结构，其物理稳定性和化学稳定性较好，这些分子结构往往不易被破坏，在自然条件下难以自降解，甚至采用常规的降解方法也往往难以彻底降解完全。而且，染料废水往往还包含难以降解的重金属离子，对动植物的生长具有很大危害作用，甚至对人体健康造成威胁。基于上述危害，染料废水是目前水处理技术上面临的亟需处理的难题。常用的处理方法有吸附法、膜分离法、普通氧化法、生物法等，但是这些方法具有工艺流程复杂、设备要求高、成本高、破坏微环境等缺点。光催化降解法是一种高级氧化法，在太阳光的照射下能有效降解染料，且光催化材料可回收再利用，不会残留在废水中对环境造成二次污染。然而目前用的光催化剂主要为TiO₂，但是TiO₂的禁带宽(3.2eV)，只有在波长短、频率高的紫外光照射下产生光生电子，且产生的光生电子容易与其空穴重新复合。因此，开发具有对可见光响应，在可见光照射下能高效降解染料的光催化剂具有重要的意义。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于多孔膜基质的单分散卟啉可见光催化剂及其制备方法。

本发明所述的一种基于高分子多孔膜基质的单分散卟啉可见光催化剂及其制备方法，是将多孔膜浸入卟啉溶液中进行静电组装1～10h，取出用蒸馏水淋洗后即得单分散卟啉功能膜；所述高分子多孔膜为荷正电的季铵化聚砜膜、季铵化聚醚砜膜或季铵化聚砜/聚醚砜共混膜；所述卟啉为meso-四(4-磺基苯基)卟啉、meso-四(4-羧基苯基)卟啉或meso-四(4-磺基苯基)卟啉与meso-四(4-羧基苯基)卟啉混合物；所述卟啉溶液浓度为10μmol/L～100μmol/L，pH范围为4～9，多孔膜与卟啉的质量比为1000∶0.5～5。

本发明所述的一种基于高分子多孔膜基质的单分散卟啉可见光催化剂，即卟啉功能化膜，可用于光催化降解罗丹明B、亚甲基蓝及甲基橙等有机染料，其操作方法是：将膜浸泡于染料的水溶液中，染料初始浓度为1mg/L～100mg/L，pH范围为3～10；在可见光照射下进行染料降解1～10h，染料的降解率达到80％～100％；其中，所述可见光光源为氙灯光源(功率100W～500W)，卟啉功能化膜的用量为每升染料水溶液所用膜质量为0.1g～5g。

附图说明

图1本发明实施例1制备的一种基于多孔膜基质的单分散卟啉可见光催化剂的紫外漫反射光谱。

图2本发明实施例1中罗丹明B的降解率随时间变化曲线。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的说明，其目的仅在于更好理解本发明的内容而非限制本发明的保护范围：

实施例1

取质量为0.5g的季铵化聚砜膜，浸泡于pH值为6.0，浓度为120μmol/L的meso-四(4-磺基苯基)卟啉水溶液中6h，取出用蒸馏水淋洗后即得单分散卟啉功能化多孔膜，其将紫外漫反射光谱如附图1所示；

将卟啉功能化多孔膜浸泡于200mL浓度为10mg/LpH值为6.5的罗丹明B染料的水溶液中，将催化剂和染料溶液置于氙灯光源下用可见光照射下5h进行染料降解，染料的降解率随降解时间的变化曲线如附图2所示，罗丹明B的降解率达到92.1％。

实施例2

取质量为0.5g的季铵化聚醚砜膜，浸泡于pH值为8.0，浓度为120μmol/L的meso-四(4-羧基苯基)卟啉水溶液中6h，取出用蒸馏水淋洗后即得单分散卟啉功能化多孔膜；

将卟啉功能化多孔膜浸泡于200mL浓度为20mg/L pH值为6.5的亚甲基蓝染料的水溶液中，将催化剂和染料溶液置于氙灯光源下用可见光照射下7h进行染料降解，亚甲基蓝的降解率达到94.5％。