[发明专利]一种聚苯酚/二氧化钛复合材料及制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种聚苯酚/二氧化钛复合材料及制备方法和应用，用酶催化法在室温下制备聚苯酚乳液，将其与二氧化钛前躯体混合后，经水热法制备得到聚苯酚/二氧化钛复合材料。本发明设计制备的聚苯酚/二氧化钛复合材料，聚苯酚能与二氧化钛产生协同效应，拓宽其对可见光的吸收范围，不需要经过高温碳化就可以得到在可见光区域有较强吸收能力的二氧化钛复合材料，价格低廉、制备条件温和，操作过程快速、简单。

技术领域

本发明涉及纳米材料合成技术领域，具体涉及一种聚苯酚/二氧化钛复合材料及制备方法和应用。

背景技术

随着人们环境保护意识的增强，水污染问题越来越受到人们的关注。为降低二次污染，提高饮用水品质，人们正在寻找一种清洁、高效、节能环保的污水处理方法。TiO₂作为光催化剂具有许多优良性能，例如无毒性、环境友好以及低成本等，但目前这种材料在生产生活实践中并没有得到广泛应用。主要是因为TiO₂的禁带宽度较大（3.2 ev），对光的吸收波长主要集中在紫外光区，而紫外光仅占太阳光的5%左右，并且太阳光中能激发TiO₂的紫外光强度很弱。这两方面的原因使得直接使用TiO₂做光催化剂在太阳光下降解有机污染物时，其光催化降解效率很低。为此，人们长期努力于合成在可见光区有较强吸收能力TiO₂材料，提高其对太阳光中可见光部分的利用率。

目前，为提高TiO₂对可见光的利用效率的可通过掺杂、贵金属修饰、染料光敏化、半导体复合和导电聚合物改性等。TiO₂经掺杂、金属修饰，或与金属化合物复合能够较高的改善TiO₂对可见光的吸收能力，但其稳定性较差，容易受环境影响，并且许多金属离子和半导体材料毒性较大，容易二次污染。导电高分子与TiO₂复合材料在提高TiO₂光催化活性的同时又具有很好的抗光腐蚀性能。聚苯胺（V Gilja, K Novaković, J Travas-Sejdic, ZHrnjak-Murgić, M K Roković, M Žic. Nanomaterials, 2017, 7, 412.）、聚噻吩（YDuan, Q Luo, D Wang, X Li, J An, Q Liu, Superlattices Microstructure, 2014,67, 61–71.）、聚吡咯（L Sun, Y Shi, B Li, X Li, Y Wang. Polymer Composties,2013, 34, 1076-1080.）以及它们的衍生物都可以用于改善TiO₂的可见光光催化活性。但是，导电高分子制备较为困难，导致它们的价格比较昂贵。

发明内容

本发明针对现有技术中TiO₂复合材料稳定性较差、价格昂贵等缺点，提供一种聚苯酚/二氧化钛复合材料及制备方法和应用，制备方法简单、设备要求简单，适宜大规模生产。

实现本发明的技术方案是：

一种聚苯酚/二氧化钛复合材料的制备方法，将聚苯酚乳液和二氧化钛前驱体混合均匀，经水热法反应后分离、干燥得到聚苯酚/二氧化钛复合材。

以100mL聚苯酚乳液为基准，二氧化钛前驱体的加入量为0.5-2g。

所述水热法反应温度为140-200℃，反应时间为6-12h。

所述聚苯酚乳液由辣根过氧化物酶催化苯酚乳液聚合制得，具体步骤如下：室温下，向水中加入乳化剂、苯酚及辣根过氧化物酶，将三者混合均匀后，向混合溶液中加入5%双氧水，反应20-100min，得到聚苯酚乳液。

所述乳化剂的质量是苯酚的0.5-1.5倍，辣根过氧化物酶的量为苯酚量的0.2-0.5wt%，混合溶液的固含量为10-40 g/L；以苯酚摩尔量计，双氧水的加入量为0.6-1 L/mol。

所述乳化剂为离子型乳化剂或非离子型乳化剂。