[发明专利]一种在有机高分子纤维上负载二维可见光催化材料的方法

说明书

本发明涉及一种在高分子纤维上负载二维可见光催化材料的方法，通过键合的方式直接将rGO‑TiO₂纳米片原位生长在高分子纤维表面，大大降低了催化材料易脱落的风险，不仅易于催化剂的回收，而且大大提高催化剂的利用率。同时，该方法制备的rGO‑TiO₂纳米片相比于传统的颗粒状TiO₂，具有超高的比表面积和可见光响应特性，更高的催化活性。所以利用此发明的在有机高分子纤维上负载二维(2D)可见光催化材料的方法非常适合应用于光催化废水处理领域。

技术领域

本发明属于光催化废水处理领域，具体涉及一种在有机高分子纤维上负载二维可见光催化材料的方法，尤其涉及在聚丙烯纤维上(PPF)负载二维(2D)可见光催化材料的方法。

背景技术

随着全球人口的快速增加和工业化进程的加快，工业废水的排放量日益增加，同时，染料废水成分复杂，浓度高、可生化性差等特点，成为难降解的工业废水之一。为了解决废水处理和水资源循环利用的问题，寻找一种经济、有效的水处理方法是当前可持续化发展和缓解清洁水资源短缺的关键。目前，常用的废水处理方法有化学氧化法、生物法、物理化学法等，但对染色废水的处理效果都存在一定的局限性。光催化技术因无二次污染、能降解均相催化和臭氧不能去除的污染物等特点，是具有发展前景的水处理技术。同时在诸多半导体光催化剂中，TiO₂由于化学性质稳定、耐光腐蚀，具有较高催化活性，在光催化分解水，光降解污染物等新能源及环境保护领域有广泛应用前景。

尽管纳米TiO₂光催化剂已经具备较强的光催化活性，但要实现大规模应用还存在很大的困难，首先，纯TiO₂只能在波长小于387nm的紫光下才有光催化活性，这就意味着有大约40％的的可见光不能被利用；其次，传统制备的TiO₂纳米结构都是不规则颗粒状，具有较低的比表面积，不能充分地与污染物分子发生充分作用；此外，在实际光催化应用中回收及其微小的纳米颗粒是及其困难的，还有如何解决由于纳米颗粒的易吸入和高穿透性而带来的危害也是一个关键问题。为了提高TiO₂的对可见光的利用率和光催化效率，相关专利报道了有效的改进措施。CN108671903A提出一种石墨烯包裹二氧化钛二次生长的光催化复合材料，首先通过调节原料配比、水热反应及温度来调控TiO₂一次生长得到未定型TiO₂，然后加入石墨烯与之协同作用进行TiO₂二次生长，在石墨烯包裹下，未定型TiO₂与石墨烯接触面积达到最大，有效利用了石墨烯超高导电性，大大延迟了TiO₂光生电子对的空穴复合，还使得其光吸收红移，光响应区扩宽至可见光范围。同时，石墨烯高度共轭表面允许通过π-π堆积，使得复合材料增加了优先吸附芳香族化合物的特性，大大优异了材料的性能。该方法虽然有效提高了其光催化性能，但还是未改善了粉末催化剂在使用中易流失、难回收等弊端。CN103506104A提出一种玻璃片载体上碳掺杂TiO₂可见光响应催化膜方法，以钛酸异丙酯为钛源，吐温80为碳源，采用浸渍提拉法在玻璃片上负载TiO₂前驱体，然后通过400℃煅烧,重复操作9次最终得到碳掺杂TiO₂催化膜，并利用的可见光进行光催化反应，表现出良好的光催化效果；该方法虽然提高了其光催化效率，改善了粉末催化剂在使用中易流失、难回收等弊端，但是该催化膜制备周期长，不利于实现大规模生产。

因此，寻找一种简单，高效的负载催化剂的方法将是更为关键性问题，相比于上述的溶胶-凝胶法，使用溶剂热生长法具有制备周期短，同时催化剂和支撑体之间会以价键的形式结合，大大地减少了催化剂脱落的风险。因此，该方法为催化领域的开发和应用提供了新思路。

发明内容

本发明的目的是提供一种在高分子纤维上负载二维可见光催化材料的方法，通过二次生长法在有机高分子纤维上负载超高比表面积的二维(2D)可见光催化材料，解决了光催剂难回收问题。GO不仅作为合成模板，不仅大大地提高了二维催化材料比表面积，而且增强了其光催化性能，并对合成的催化剂进行了可见光降解性能评价。