[发明专利]一种改性花状TiO2

说明书

本发明涉及污水处理技术领域，且公开了一种改性花状TiO₂接枝复合水凝胶的光催化吸附剂，花状纳米TiO₂独特的花瓣状形貌具有超高的比表面积，光化学活性和光催化降解性能更好，花状纳米TiO₂与壳聚糖实现化学键共价接枝，过硫酸钾引发壳聚糖与丙烯酸发生共聚，得到壳聚糖‑丙烯酸复合水凝胶，花状纳米TiO₂通过化学键的修饰作用，均匀分散在复合水凝胶的基体中，减少了团聚现象，并且与复合水凝胶结合牢固，很难发生分离和脱离，复合水凝胶分子链中含有大量的羟基、羧基和氨基等基团，对Cr³⁺等重金属离子，以及亚甲基蓝等阳离子染料具有很强的络合和静电吸附的作用，起到高效的光催化降解‑吸附的双功能效果。

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，具体为一种改性花状TiO₂接枝复合水凝胶的光催化吸附剂及其制法。

背景技术

我国的水污染问题十分严峻，对水体环境和人体健康造成了巨大的破坏和损害，水体污染物主要有铜、铬、镉等重金属污染物；以及甲苯、乙二醇等有机溶剂，亚甲基蓝、甲基橙等有机染料的有机污染物，目前对于水污染处理主要为物理吸附法、化学沉淀法、光催化降解法等。

光催化降解是一种新型高效的水污染处理方法，主要是通过光辐射在光催化剂上，产生的光生电子和空穴，进一步产生活性很强羟基自由基和超氧负离子等，具有很强的氧化还原性，可以与有机染料等有机污染物进行氧化还原反应，将有机污染物降解为污染较小的小分子，常见的光催化剂有二氧化钛、硫化镉、石墨相氮化碳等。

常见的吸附剂主要有活性炭、天然黏土、聚丙烯酰胺等，其中水凝胶是一种三维网络结构凝胶，具有很强的亲水性和吸水性，如聚丙烯酸水凝胶、壳聚糖水凝胶、聚乙烯醇水凝胶等，并且可以通过调控聚合单体，赋予水凝胶多种活性基团，如羧基、氨基、羟基，可以与重金属离子，以及离子型有机染料产生络合和静电作用，起到良好的吸附效果，在水污染处理领域具有广阔的应用前景。

为了进一步提高聚丙烯酸等水凝胶的污水处理效果，可以将水凝胶材料与纳米二氧化钛等光催化剂结合，从而赋予水凝胶光催化降解的效果，但是仅仅通过机械共混和物理混合的方法，会使纳米二氧化钛与聚丙烯酸等水凝胶的结合力很弱，在流动的水体环境中，很容易发生脱离和分离，会严重降低水凝胶的光催化降解性能。

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种改性花状TiO₂接枝复合水凝胶的光催化吸附剂及其制法，同时具有优异的吸附性能和光催化降解性能。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种改性花状TiO₂接枝复合水凝胶的光催化吸附剂，所述改性花状TiO₂接枝复合水凝胶的光催化吸附剂制备方法如下所示：

(1)向反应瓶中加入醋酸溶液和钛酸四丁酯，超声分散均匀后将溶液在水热反应器中，加热至140-160℃，反应8-12h，使用蒸馏水和乙醇洗涤沉淀产物，干燥后置于管式炉中，在320-380℃下退火2-3h，制备得到花状纳米TiO₂。

(2)向反应瓶中加入环己烷溶剂和花状纳米TiO₂，超声分散均匀后加入油酸的水溶液，加热至50-70℃，匀速搅拌反应3-6h，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物并冷冻干燥，制备得到油酸修饰花状纳米TiO₂。

(3)向反应瓶中加入蒸馏水溶剂、油酸修饰花状TiO₂和高锰酸钾，超声反应3-8h，产物使用蒸馏水和乙醇洗涤并干燥，制备得到改性的羧基功能化花状纳米TiO₂。