[发明专利]一种碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料及其制备方法和应用，该材料是以碳化钛纳米片为载体，其上自组装有苝酰亚胺超分子材料。制备方法包括：将苝酰亚胺、水、三乙醇胺制成苝酰亚胺分散液，加入碳化钛纳米片，超声分散，滴加入酸溶液进行自组装反应，得到上述材料。本发明碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料具有催化活性好、稳定性好、环境友好等优点，是一种性能优异的新型催化剂，能够用于处理有机污染物废水，并能够实现对废水中有机污染物的有效去除，使用价值高，应用前景好，同时，本发明制备方法具有操作简单、成本低廉等优点，适合于大规模制备，有利于工业化应用。

技术领域

本发明属于材料技术领域，涉及一种碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着人类社会的不断进步发展，抗生素大量地被应用于临床治疗、农业及畜牧业，抗生素类药物的滥用现象已经成为全球性的问题。其中，大部分的四环素会以其原始形态进入到水环境中去，使得由滥用四环素类抗生素导致的一系列环境污染问题不断加剧。此外，由于染料工业的发展，大量的印染废水被排放到水体中，影响水生生物的生长，严重的也会影响到人类的健康。目前，水中的有机污染物主要是通过下面三种方法去除的：吸附法、生物法和高级氧化法。吸附法效率低且会造成二次污染，生物法在降解四环素的过程中会因微生物中毒失去活性而受到极大的限制，光催化氧化凭借其绿色无污染、成本较低、可以将太阳光作为驱动力的优势，受到了全世界研究者们的关注。

目前，通过自组装制备的一维有机半导体纳米结构被认为是光催化中一类有前途的纳米材料，例如可以用于污染物降解，水分解和光合作用。其中，苝酰亚胺(PDI)及其衍生物由于其具有优异的化学稳定性，光学性能，低成本和结构多样性等优点，被视为作为最优的n型半导体之一，受到了研究人员广泛的关注。然而，苝酰亚胺具有可见光的吸收不足和光生电子空穴对复合速率快等缺点，严重限制了其在光催化降解中的应用。另外，现有苝酰亚胺复合材料中，以氧化还原石墨烯为作为苝酰亚胺的载体材料，由于其表面官能团数量少，与苝酰亚胺超分子结合力度不足，形成复合催化剂稳定性不强，且其所能提供的反应位点数量较少，均导致导致催化活性不足，这些缺陷的存在也限制了现有苝酰亚胺复合材料在有效降解水体中污染物中的广泛应用。因此，获得一种催化活性好、稳定性好、环境友好的苝酰亚胺超分子复合光催化材料，对于有效去除水体中的有机污染物具有十分重要的意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种催化活性好、稳定性好、环境友好的碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料及其制备方法和应用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料，所述碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料是以碳化钛纳米片为载体，所述碳化钛纳米片上自组装有苝酰亚胺超分子材料。

上述的碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料，进一步改进的，所述碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料中碳化钛纳米片的质量百分含量为0.2％～2％。

上述的碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料，进一步改进的，所述碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料中碳化钛纳米片的质量百分含量为0.5％～1.5％。

上述的碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料，进一步改进的，所述碳化钛纳米片为层状纳米片；所述苝酰亚胺超分子材料为纳米纤维状。

作为一个总的技术构思，本发明还提供了一种上述的碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、将苝酰亚胺与水混合，超声分散，滴加入三乙醇胺，搅拌，得到苝酰亚胺分散液；

S2、将步骤S1中得到的苝酰亚胺分散液与碳化钛纳米片混合，超声分散，滴加入酸溶液进行自组装反应，洗涤，干燥，得到碳化钛/苝酰亚胺超分子复合光催化材料。