[发明专利]一种苝酰亚胺-尿素聚合物的制备方法及其应用

说明书

本发明涉及一种苝酰亚胺‑尿素聚合物的制备方法及其应用，属于纳米材料技术领域。制备方法为：利用苝四甲酸二酐和尿素在高温下脱水聚合的一步反应，过滤收集，真空干燥，制备苝酰亚胺‑尿素聚合物。本发明制得的苝酰亚胺‑尿素聚合物光催化剂结构稳定、结晶性好、光谱效率高、水相分散性突出，用途广泛，具有重要的社会意义和应用价值。该材料可以在可见光照射下快速高效降解处理有机污染物，具有极大的环保价值；该材料还可以在光照下高效、持续分解水，释放氧气，具有极大的工业价值和医疗价值。

技术领域

本发明涉及一种苝酰亚胺-尿素聚合物的制备方法及其应用，尤其涉及一种用于光催化分解水产氧和污染物降解的苝酰亚胺-尿素聚合物，属于纳米材料技术领域。

背景技术

苝酰亚胺(perylenediimides,以下简称PDI)是一种具有超大共轭体系的平面刚性有机分子。由于分子内较大的共轭离域结构，PDI对可见光有强烈的吸收作用，在形成半导体能级结构后，其吸收范围可以拓宽到400～750nm，基本覆盖了全部可见光谱。因此，PDI在有机光电领域被广泛应用。PDI分子的大π体系，使得其分子间存在强烈的π-π堆积作用，再加端位酰胺键的作用，为引入共价键构筑基于PDI的聚合物提供了作用力的保证。

能源危机和环境污染是两个当今人类社会发展所面临的、迫切要解决的问题。利用PDI对可见光的强烈吸收作用，开发其在模拟光合作用分解水生产氧气、氢气等方面的应用就显得格外必要。同时，利用PDI较强的氧化性，可以在光照下对水中污染物进行处理，实现环境污染物净化。

发明内容

本发明的目的是提出一种苝酰亚胺-尿素聚合物(以下简称PUP)光催化剂的制备方法及其应用，通过简单的一步化学反应，制备出亲水、高活性的光催化剂，以利用该材料的可见光响应性能，使其能够广泛应用于清洁能源生产和污水处理等技术领域。

本发明提出的苝酰亚胺-尿素聚合物光催化剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)在120-150℃下，向反应体系中投入苝四甲酸二酐和尿素，苝四甲酸二酐与尿素的化学计量比为1︰1，以咪唑为溶剂，溶剂的量为苝四二甲酸的10倍，同时加入催化剂无水乙酸锌，催化剂无水乙酸锌的加入量与尿素等化学计量比；

(2)对上述步骤(1)的反应体系充分搅拌，反应5-8小时，使反应体系中的原料充分反应，随后自然冷却；

(3)向上述步骤(2)的反应体系中加入稀盐酸，稀盐酸在反应体系中的体积分数为5％-20％，充分搅拌至咪唑完全溶解；

(4)对上述步骤(3)的反应体系进行过滤，收集固体，用去离子水充分洗涤固体；

(5)对上述步骤(4)的固体进行真空干燥，真空干燥温度为50～80℃，干燥时间为4-12小时；

(6)对步骤(5)得到的固体，用二甲基亚砜洗涤至滤液无色；

(7)用乙醇洗涤上述步骤(6)得到的固体；

(8)对上述步骤(7)的固体进行真空干燥，真空干燥温度为50～80℃，干燥时间为4-12小时，得到苝酰亚胺-尿素聚合物光催化剂产品。

本发明方法制备的苝酰亚胺-尿素聚合物光催化剂的应用，将其应用于污水处理，应用过程包括以下步骤：

(1)在有机污染产生的污水中加入苝酰亚胺-尿素聚合物光催化剂，该光催化剂的加入质量体积比为0.5～5g/L；

(2)充分搅拌，使该光催化剂在污水中均匀分散；

(3)用波长为300-850nm的光源照射上述步骤(2)的污水，照射时间为污水达到排放标准。

本发明方法制备的苝酰亚胺-尿素聚合物光催化剂的应用，将其用于清洁能源生产，应用过程包括以下步骤：