[发明专利]一种纳米氮掺杂二氧化钛-壳聚糖复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种纳米氮掺杂二氧化钛‑壳聚糖复合材料及其制备方法和应用，属于光催化剂技术领域。本发明提供的纳米氮掺杂二氧化钛‑壳聚糖复合材料的制备方法，包括以下步骤：将壳聚糖、醋酸水溶液、二氧化钛和尿素混合，进行改性处理，得到第一前驱体；将所述第一前驱体和碱性试剂混合，进行沉淀反应，得到第二前驱体；将所述第二前驱体和交联剂混合，进行交联反应，得到纳米氮掺杂二氧化钛‑壳聚糖复合材料。本发明提供的制备方法，操作简单，无需进行高温煅烧，耗能低，成本低，适宜工业化生产；在制备过程中二氧化钛不会发生团聚，分散性好。而且，本发明制备的纳米氮掺杂二氧化钛‑壳聚糖复合材料对展青霉素的催化活性和重复使用率高。

技术领域

本发明涉及光催化剂技术领域，具体涉及一种纳米氮掺杂二氧化钛-壳聚糖复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

展青霉素(4-羟基-4-氢-呋喃(3,2C)并吡喃-2(6H)酮)又称棒曲霉素，广泛存在于水果及其制品中。展青霉素是具有神经毒性的真菌次级代谢产物，具有影响生育、致癌和降低免疫等毒理作用，对人体健康和经济造成严重威胁。传统食品中展青霉素的去除方法主要有物理法、化学降解法以及生物降解法，其中化学降解法中的光催化降解法具有去除率较高、操作简单的优点，受到广大研究学者的关注。

光催化降解法去除展青霉素过程中所用的光催化降解剂对于展青霉素的去除效果有着决定性的影响。中国专利CN109699867A公开了一种降解果汁中展青霉素的方法，以TiO₂作为光催化剂降解剂。但是由于TiO₂因为较宽的禁带宽度从而只具有紫外光活性，而不能被可见光激发，而自然界中紫外光约占太阳光的5％，从而纯的锐钛型TiO₂只能被紫外光所激发，光能利用率低；而且TiO₂还具有载流子复合率高、量子效率低、在水溶液中容易聚集以及吸附能力较低等缺点，从而使得TiO₂的光催化活性较差，光催化降解展青霉素的效果不佳。

为了提高TiO₂的光催化效果，需要对其进行修饰和改性。Asahi(Asahi,R.Visible-Light Photocatalysis in Nitrogen-Doped Titanium Oxides[J].Science,2001,293(5528):269-271)成功地证明了掺氮的可以促进TiO₂对可见光的吸收；然而纳米二氧化钛粉末在水溶液中呈聚集状态，降低了TiO₂的吸附能力低。当TiO₂与CS结合时，吸附-光催化过程得到了增强。Nawi等(Nawi M A,Jawad A H,Sabar S,et al.Photocatalytic-oxidation ofsolid state chitosan by immobilized bilayer assembly of TiO2–chitosan under a compact household fluorescent lamp irradiation[J].Carbohydrate Polymers,2011,83(3):1146-1152.)认为，在室内紫外灯照射下，TiO₂/CS系统中的CS可以被氧化成化学上更稳定且具有光学活性的形式，而不会改变其大部分聚合物结构。因而N-CS/TiO₂作为废水处理系统中的新型材料引起了人们的广泛关注。目前氮掺杂二氧化钛-壳聚糖的制备方法，主要是先通过用溶胶-凝胶法制备N-TiO₂前驱体，将所得N-TiO₂前驱体进行高温煅烧获得纳米N-TiO₂粉末，然后再将所得纳米N-TiO₂粉末与壳聚糖交联混合而制得。但是，该方法在高温煅烧过程中TiO₂容易发生团聚而影响其催化效果，且制备工艺较为繁琐。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纳米氮掺杂二氧化钛-壳聚糖复合材料及其制备方法和应用。本发明提供的制备方法无需进行高温煅烧，操作简单。