一种用于环境污染治理的富勒烯复合光催化剂的制作方法

本发明属于环境净化光催化剂新材料
技术领域：
，涉及一种光催化剂及其制备方法，具体涉及一种具有可见光响应的基于富勒烯复合光催化剂及其制备方法。
背景技术：
：近年来，随着工业的快速发展，制约社会发展和进步的重要因素之一的环境污染问题日益严重，废水处理成为业内亟待解决的问题之一。废水中含有大量的成分复杂、毒性大、色度高、可生化降解性差的有机污染物，如何处理这些有机污染物一直是废水处理中的难题。为了解决这一难题，各种环境净化催化剂材料应运而生，其中，光催化剂作为一种新兴节能的绿色环保催化剂，在环境污染治理领域显示出了广阔的应用前景，成为了一种理想的环境污染治理催化剂。与传统催化剂相比，光催化剂可以直接利用太阳光，将污染物深度矿化，不产生二次污染。在众多半导体光催化材料中，二氧化钛(tio2)由于耐光腐蚀能力强、稳定程度高、价格相对低廉以及对人体无毒性等优点，引起了众多专家学者的关注。但从太阳光能的利用率来看，目前tio2还无法在实际工业水处理中得到大规模的推广应用，因为其仅在紫外光范围内有响应，对可见光利用率低。因此，开发可见光响应型光催化剂和寻找新型高效催化剂正逐渐成为目前研究的热点。技术实现要素：本发明旨在解决上述问题，提供了一种基于富勒烯复合光催化剂，该催化剂可见光响应范围宽、光催化活性高、稳定性好，制造成本低廉。为实现上述目的，本发明提供以下的技术方案，一种基于富勒烯复合光催化剂的制备方法，包括如下步骤：1）室温下，将2,4,6-三(4-羧基苯基)-1,3,5-三嗪溶于二氯甲烷中，并向其中滴加草酰氯，搅拌3-4h后，再逐滴滴加质量分数为20-30%的氨基二茂铁的二氯甲烷溶液，40-50℃下搅拌反应30-36h，反应产物以质量分数为10-20%的koh溶液洗3-5次并收集二氯甲烷层。旋蒸后依次用乙酸乙酯、乙醇、正己烷分别洗涤5-8次，旋蒸后在60-80℃的真空干燥箱中干燥15-20小时；2）将步骤1）制备得到的产物溶于溶剂中，然后向其中加入氨基改性富勒烯、1,3,5-三缩水甘油-s-三嗪三酮，在70-80℃下搅拌反应5-7小时，后向其中加入氯化铜，然后旋蒸除去溶剂，后在50-60℃的真空干燥箱中干燥8-10小时；其中，步骤1）中所述2,4,6-三(4-羧基苯基)-1,3,5-三嗪、二氯甲烷、草酰氯、氨基二茂铁的二氯甲烷溶液的质量比为（1-2）：（10-20）:1：（5-8）；所述溶剂选自乙醇、正丁醇、二氯甲烷、乙醚中的一种或几种；步骤2）中所述步骤1）制备得到的产物、溶剂、氨基改性富勒烯、1,3,5-三缩水甘油-s-三嗪三酮、氯化铜的质量比为（1-2）：（10-15）：（3-5）：（1-2）：（0.1-0.2）；一种基于富勒烯复合光催化剂，采用所述一种基于富勒烯复合光催化剂的制备方法制备得到。由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：（1）本发明提供的基于富勒烯复合光催化剂，制备方法简单易行，对设备要求不高，原料易得，价格低廉。（2）本发明提供的基于富勒烯复合光催化剂，结合了富勒烯、二茂铁和三嗪类光催化剂的优点，具有可见光响应范围宽、光催化活性高、稳定性好的优异特征。（3）本发明提供的基于富勒烯复合光催化剂，采用富勒烯和三嗪类共轭化合物通过化学键，且富勒烯通过二茂铁通过主客体相互作用，使得光催化剂稳定性强，通过氯化铜掺杂，使得其具有更加优异的光催化效果。（4）本发明提供的基于富勒烯复合光催化剂，提供了较多的表面活性位点，有利于光生电子和空穴的分离。（5）本发明提供的基于富勒烯复合光催化剂，不仅能够很好的吸附有机染料，大大增强对光的利用和捕获能力，而且由于电子在两相之间的传输，能够降低光催化材料的禁带宽度，拓展光催化材料利用太阳光的波谱范围，在可见光区域有很好的吸收和响应，增强光催化效果。具体实施方式为了使本
技术领域：
的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明产品作进一步详细的说明。实施例1一种基于富勒烯复合光催化剂的制备方法，包括如下步骤：1）室温下，将2,4,6-三(4-羧基苯基)-1,3,5-三嗪100g溶于二氯甲烷1000g中，并向其中滴加草酰氯100g，搅拌3h后，再逐滴滴加质量分数为20%的氨基二茂铁的二氯甲烷溶液500g，40℃下搅拌反应30h，反应产物以质量分数为10%的koh溶液洗3次并收集二氯甲烷层。旋蒸后依次用乙酸乙酯、乙醇、正己烷分别洗涤5次，旋蒸后在60℃的真空干燥箱中干燥15小时；2）将步骤1）制备得到的产物100g溶于乙醚1000g中，然后向其中加入氨基改性富勒烯300g、1,3,5-三缩水甘油-s-三嗪三酮100g，在70℃下搅拌反应5小时，后向其中加入氯化铜10g，然后旋蒸除去溶剂，后在50℃的真空干燥箱中干燥8小时；一种基于富勒烯复合光催化剂，采用所述一种基于富勒烯复合光催化剂的制备方法制备得到。实施例2一种基于富勒烯复合光催化剂的制备方法，包括如下步骤：1）室温下，将2,4,6-三(4-羧基苯基)-1,3,5-三嗪120g溶于二氯甲烷1400g中，并向其中滴加草酰氯100g，搅拌3.2h后，再逐滴滴加质量分数为22%的氨基二茂铁的二氯甲烷溶液600g，44℃下搅拌反应32h，反应产物以质量分数为13%的koh溶液洗4次并收集二氯甲烷层。旋蒸后依次用乙酸乙酯、乙醇、正己烷分别洗涤6次，旋蒸后在70℃的真空干燥箱中干燥18小时；2）将步骤1）制备得到的产物100g溶于二氯甲烷1200g中，然后向其中加入氨基改性富勒烯380g、1,3,5-三缩水甘油-s-三嗪三酮130g，在76℃下搅拌反应6.5小时，后向其中加入氯化铜15g，然后旋蒸除去溶剂，后在58℃的真空干燥箱中干燥9小时；一种基于富勒烯复合光催化剂，采用所述一种基于富勒烯复合光催化剂的制备方法制备得到。实施例3一种基于富勒烯复合光催化剂的制备方法，包括如下步骤：1）室温下，将2,4,6-三(4-羧基苯基)-1,3,5-三嗪160g溶于二氯甲烷1700g中，并向其中滴加草酰氯100g，搅拌3.6h后，再逐滴滴加质量分数为26%的氨基二茂铁的二氯甲烷溶液700g，48℃下搅拌反应34h，反应产物以质量分数为16%的koh溶液洗5次并收集二氯甲烷层。旋蒸后依次用乙酸乙酯、乙醇、正己烷分别洗涤7次，旋蒸后在72℃的真空干燥箱中干燥18小时；2）将步骤1）制备得到的产物150g溶于乙醇1400g中，然后向其中加入氨基改性富勒烯430g、1,3,5-三缩水甘油-s-三嗪三酮170g，在76℃下搅拌反应7小时，后向其中加入氯化铜18g，然后旋蒸除去溶剂，后在58℃的真空干燥箱中干燥10小时；一种基于富勒烯复合光催化剂，采用所述一种基于富勒烯复合光催化剂的制备方法制备得到。实施例4一种基于富勒烯复合光催化剂的制备方法，包括如下步骤：1）室温下，将2,4,6-三(4-羧基苯基)-1,3,5-三嗪180g溶于二氯甲烷1800g中，并向其中滴加草酰氯100g，搅拌4h后，再逐滴滴加质量分数为28%的氨基二茂铁的二氯甲烷溶液770g，50℃下搅拌反应34h，反应产物以质量分数为18%的koh溶液洗5次并收集二氯甲烷层。旋蒸后依次用乙酸乙酯、乙醇、正己烷分别洗涤7次，旋蒸后在80℃的真空干燥箱中干燥19小时；2）将步骤1）制备得到的产物190g溶于正丁醇1400g中，然后向其中加入氨基改性富勒烯450g、1,3,5-三缩水甘油-s-三嗪三酮200g，在77℃下搅拌反应7小时，后向其中加入氯化铜20g，然后旋蒸除去溶剂，后在60℃的真空干燥箱中干燥9.5小时；一种基于富勒烯复合光催化剂，采用所述一种基于富勒烯复合光催化剂的制备方法制备得到。实施例5一种基于富勒烯复合光催化剂的制备方法，包括如下步骤：1）室温下，将2,4,6-三(4-羧基苯基)-1,3,5-三嗪200g溶于二氯甲烷2000g中，并向其中滴加草酰氯100g，搅拌4h后，再逐滴滴加质量分数为30%的氨基二茂铁的二氯甲烷溶液800g，50℃下搅拌反应36h，反应产物以质量分数为20%的koh溶液洗5次并收集二氯甲烷层。旋蒸后依次用乙酸乙酯、乙醇、正己烷分别洗涤8次，旋蒸后在80℃的真空干燥箱中干燥20小时；2）将步骤1）制备得到的产物200g溶于乙醚1500g中，然后向其中加入氨基改性富勒烯500g、1,3,5-三缩水甘油-s-三嗪三酮200g，在80℃下搅拌反应7小时，后向其中加入氯化铜20g，然后旋蒸除去溶剂，后在60℃的真空干燥箱中干燥10小时；一种基于富勒烯复合光催化剂，采用所述一种基于富勒烯复合光催化剂的制备方法制备得到。对比例1不加任何光催化剂；对比例2所述光催化剂为传统二氧化钛纳米粒子；对比例3所述光催化剂为传统酞箐铜有机光催化剂；本发明实施例及对比例制备的光催化剂的实际应用（降解罗丹明）：称取80mg样品加入80ml罗丹明溶液（浓度8mol/l），避光搅拌1小时，使得罗丹明溶液在催化剂表面达到吸附/脱附平衡。然后开启光源进行光催化，每隔5分钟取3ml反应液，经离心分离后，上清液用cary-500分光光度计检测。根据样品554nm处吸光值来确定降解过程中罗丹明浓度变化。反应的光辉为置于双玻璃夹套（通冷凝水）中的500w卤钨灯，使用滤光片以保证入射光为可见光（波长范围：420-800nm），测试结果见表1。表1实施例及对比例光催化剂催化罗丹明降解测试结果检测项目5分钟后10分钟后15分钟后20分钟后对比例11111对比例20.960.940.900.85对比例30.540.450.380.29实施例10.20.0200实施例20.170.0200实施例30.110.0100实施例40.06000实施例50.01000注：表中数据为不同时间罗丹明浓度与初始浓度的比值从表1可见，富勒烯、氯化铜掺杂和与三嗪类、二茂铁复合对提高光催化剂的催化效率都有益，两者协同作用，使得本实施例中制备的光催化剂具有很强的光催化活性，本发明实施例公开的光催化剂具有可见光响应催化活性。以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书所述而顺畅地实施本发明；但是，凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，可利用以上所揭示的技术内容而作出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。当前第1页12