一种纳米二氧化钛/丝瓜络复合光催化剂的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光催化剂的制备方法技术领域，特别涉及一种纳米二氧化钛/丝瓜络 复合光催化剂的制备方法，该复合材料可广泛应用于水处理领域。
【背景技术】
[0002] 光催化技术是一种在环境领域有着重要前景的绿色高新技术，已在环保领域引起 广泛的关注，并逐步被引入到水处理的研究和实践中，且产生了大量的研究成果。光催化 剂在水处理、气体净化、自清洁及光解制氢、新材料制备等环保和能源领域具有广阔的应用 前景，受到人们的广泛关注。特别是在水处理领域，纳米光催化剂已经应用于工业难降解废 水、生活污水以及微污染地表水等水体的治理，同时也推动了光催化剂与不同填料复合的 研究，如，光催化剂与陶粒、有机高分子材料等，催生了大量的研究成果，也确认了溶胶-凝 胶法等在复合材料制备中的重要地位。但目前研究的纳米光催化剂复合材料在制备时存在 易凝聚、制备复杂、能耗高等问题，同时复合材料也存在难回收、光能利用率低以及易脱落 等固有弊端，从而限制了该项技术的实际应用。由此可见，研制高效稳定的复合材料光催化 齐?，是光催化技术规模化应用的前提。
[0003] 天然高分子材料具有比表面积大、有空间立体结构、可生物降解、无二次污染等优 点，但同时由于这些材料存在表面润湿性不足，机械强度较低等缺陷，在工程应用上受到了 一定的限制，本申请考虑将一种具体的天然高分子材料作为光催化剂的载体，用于水处理 工艺中，不仅可发挥其在环保领域应用的优点，同时也可以使光催材料得到有效的回收，提 高使用效率。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供了一种纳米二氧化钛/丝瓜 络复合光催化剂的制备方法方法，该方法简单易行，通过这种方法，纳米二氧化钛在天然高 分子材料上实现了固定负载，同时有效解决了制备过程易团聚、能耗高、制备后难回收、易 脱落等问题。
[0005] 为了实现上述目的，本发明的技术构思是：利用硅烷偶联剂分别对光催化剂纳米 二氧化钛和天然高分子材料丝瓜络进行包覆改性(机理是硅烷偶联剂中的烷氧基与TiO 2表 面的羟基及丝瓜络表面的羟基反应从而使二氧化钛与丝瓜络改性，并且能提高二氧化钛的 分散性。），通过双功能团交联剂对改性后的产物进行交联反应，使得纳米二氧化钛和丝瓜 络充分结合，实现纳米二氧化钛在丝瓜络表面的负载。
[0006] 具体的，一种纳米二氧化钛/丝瓜络复合光催化剂的制备方法，其步骤是：
[0007] 1)将硅烷偶联剂ΚΗ550 ( Y-氨丙基三乙氧基硅烷）加入到乙醇溶液(所述乙醇溶 液为将95v/v%乙醇用冰乙酸调节pH至3. 5-4. 5所得）中得混合物，ΚΗ550占混合物的质量 分数为5wt%，室温水解1小时，得硅烷偶联剂水解液；
[0008] 2)将5g纳米TiO2置于500mL步骤1)所得硅烷偶联剂水解液中超声分散15min 形成混合液A，然后将混合液A置于50°C水浴中反应I. 5h，过滤，用乙醇溶液(无水乙醇：水 体积比=1:4)洗涤后80°C真空干燥，研磨成粉后得改性的TiO2，备用；
[0009] 3)将预处理过的丝瓜络置于步骤1)所得硅烷偶联剂水解液中（将丝瓜络淹没即 可)，在50°C下搅拌反应l_1.5h，分离出丝瓜络，80°C真空干燥，备用；
[0010] 4)取步骤3)所得干燥后的丝瓜络4-7g置于500mL戊二醛乙醇混合溶液(戊二醛： 无水乙醇体积比为2-3:97-98)中反应0. 5-lh，得混合物C ;
[0011] 5)取IOmL戊二醛加入到混合物C中，然后另取2g步骤2)所得改性的TiO2置于 500mL蒸馏水中超声分散15min后得混合物B，将混合物B也加入到混合物C中，搅拌反应 0. 5h，取出丝瓜络，用乙醇溶液(无水乙醇：水体积比=1:4)浸泡0. 5h后取出80°C真空干燥， 即得。
[0012] 步骤4)加入的为戊二醛乙醇混合溶液，主要是保证反应都是在乙醇的环境下进 行，前面二氧化钛的改性及丝瓜络与KH550的反应均是在KH550的乙醇溶液中进行的，保持 前后一致，这样有利于反应的进行，相似相溶原理。步骤5)另外加入的IOmL的戊二醛，主 要是确保接枝反应中有足够的戊二醛供给，这样戊二醛的两个醛基可充分与改性二氧化钛 及改性丝瓜络上的氨基进行接枝反应，从而将丝瓜络与二氧化钛连起来。
[0013] 与现有技术相比，本发明的优点和有益效果是：
[0014] 1、工艺操作简单，制备过程能耗较传统方法大大降低；
[0015] 2、纳米光催化剂二氧化钛的载体为农业资源化利用的丝瓜络，其比表面积大、空 间结构稳定且成本低廉，具有广阔的应用前景；
[0016] 3、丝瓜络负载后的光催化剂对甲基橙有明显的光降解效果，且丝瓜络所负载的光 催化剂不易脱落；
[0017] 4、纳米二氧化钛在丝瓜络上的成功负载及所表现出的光降解性能，可解决现有光 催化剂回收难、易脱落等问题，同时负载后属于环境友好材料且不产生二次污染，为富营养 化水体污染物的去除提供了新的方法和方向。
【附图说明】
[0018] 图1为实施例2所制备的纳米二氧化钛/丝瓜络复合光催化剂的SM电镜照片，从 图中可以看出KH550与戊二醛交联可以较均匀地将二氧化钛纳米颗粒负载到丝瓜络表面， 且被一层透明膜所包覆。实验中选择KH550对丝瓜络进行有机包覆，增加亲油化度，有利于 在有机溶剂里得到均匀的分散。
[0019] 图2为未改性的丝瓜络(上曲线）与实施例2所制备的纳米二氧化钛/丝瓜络复 合光催化剂(下曲线）的FTIR图，从图中可以看出，纳米二氧化钛/丝瓜络复合光催化剂在 3417CHT 1处出现了 O-H的伸缩振动吸收峰，说明分子中含有大量-OH :1725(31^1左右为羰基 的吸收峰，说明纳米TiO2表面经偶联剂处理时可能发生的机理是，偶联剂首先发生水解反 应，然后脱水缩合形成低聚物，这种低聚物通过加热与纳米TiO 2表面羟基发生脱水反应产 生部分共价键，从而将偶联剂包覆在TiO2表面。1370CHT 1和1063CHT1之间出现Ti-O-Ti键 的振动吸收峰；在1063CHT1处出现强的Si-O伸缩振动特征峰；661CHT 1出现了 Ti-O-Ti的特 征吸收峰，说明通过范德华力、氢键或配位键等纳米TiO2接枝到了丝瓜络上。
[0020] 图3为实施例1中未改性的丝瓜络(下)与实施例1所制备的纳米二氧化钛/丝瓜 络复合光催化剂(上）对甲基橙光降解的时间曲线图。
[0021] 图4为实施例2中未改性的丝瓜络(下)与实施例2所制备的纳米二氧化钛/丝