一种氧化银负载的多孔膜的制备方法与流程

本发明属于纳米材料合成技术领域，尤其涉及一种氧化银负载的多孔膜的制备方法。

背景技术：

随着工业化的飞速发展，全球性环境恶化也日益突出。尤其是水环境中的有机污染物含量自20世纪50年代以来不断升高，污染物成分也越来越复杂。近年来迅速发展的利用太阳能光催化降解技术以其廉价、节能、环保、及生物兼容性好等优势，被认为是具有潜在应用前景的水资源净化技术。

在对银类催化剂的研究中，氧化银(ag2o)是一种研究较早的银系光催化剂，是一种p型半导体，其中ag2o价带由ag4d和o2p轨道杂化而成，较窄的带隙和高度分散的价带使其可以被可见光激发，产生光生电子空穴对。但是氧化银在光照后导带产生的光电子会将ag⁺还原成ag单质簇，而价带的空穴会氧化晶格中的o^2-释放o2，所以会产生催化剂本身的光腐蚀现象。在光腐蚀的过程中，当单质银和氧化银的相对含量达到一定值时，后续会保持稳定性，并且生产的ag单质簇还可以引起局部表面等离子体共振效应（spr），spr的形成不仅可以促进光吸收，而且在表面附近形成的近电磁场还可以促进光生电子-空穴对的生成速率。目前光催化剂主要以颗粒形式使用，存在活性低、颗粒易团聚、光响应范围窄和不易回收等诸多问题，严重制约了光催化技术的实际应用。鉴于此，现有技术通常采用喷涂负载的方式将其负载到金属网、无纺布或者蜂窝陶瓷上以改善，但存在颗粒粘结不牢易掉落、颗粒分布不均匀等缺陷，为此众多研究者将ag2o负载在某种载体上，达到水处理过程中固液分离的目的。

近年来，常见的载体由活性炭纤维、玻璃、陶瓷和粉煤灰等。中国发明专利申请（申请号：201610405875.9）公开了“一种用于处理废气的多孔材料负载氧化银的制备方法”，该制备方法以氧化硅柱撑的膨润土基多孔材料为载体，负载氧化银以降解模拟的金橙废水；中国发明专利（专利号：zl201610164413.2）提供了“一种三元复合光催化剂的制备方法和用途”，该三元复合光催化剂以硝酸银为原料，通过湿化学法和光沉积方法制备了一种碳材料负载的能选择性降解罗丹明b和亚甲基蓝的cqds/ag/ag2o复合光催化剂。然而上述两种方法制备的光催化剂均存在分离回收难、比表面积小、成本较高、吸附性差的问题。

因此，针对现有技术中的存在问题，亟需提供一种活性高、颗粒不易团聚、固载牢固、易于回收、可多次使用、吸附性能好的光催化材料制备方法以解决现有技术中的不足之处显得尤为重要。

技术实现要素：

本发明的目的之一在于避免现有技术中的不足之处而提供一种活性高、颗粒不易团聚、固载牢固、易于回收、可多次使用的氧化银负载的多孔膜的制备方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种氧化银负载的多孔膜的制备方法，所有原料按重量计，包括如下步骤：

步骤1、配制聚氨酯溶液：将15～20份聚氨酯颗粒与80～110份溶剂配制成聚氨酯溶液，所述溶剂能完全溶解所述聚氨酯颗粒；

步骤2、配制涂膜液：在所述聚氨酯溶液中加入12～20份活性碳粉，高速搅拌均匀、静置消泡3~4小时，得涂膜液；

步骤3、制备活性炭基多孔薄膜：将所述涂膜液均匀涂布于离型纸后浸入水溶液中，待所述离型纸上的涂膜液完全固化成薄膜后取出，干燥后剥离所述离型纸得活性炭基多孔薄膜；

步骤4、氧化银负载：将所述活性炭基多孔薄膜浸入硝酸银溶液中避光吸附一定时间，使硝酸银吸附在活性炭基多孔薄膜上，然后浸入氢氧化钠溶液中，在活性炭基多孔薄膜的表面以及内部孔洞中原位生成氢氧化银，取出，用去离子水将表面的氢氧化钠冲洗干净，置于真空干燥箱中干燥，由于氢氧化钠极不稳定，会分解为ag2o颗粒，得到氧化银负载的多孔膜。

本发明制备氧化银负载的多孔膜的方法采用具有巨大比表面积的活性炭作为薄膜的主要成分，使得有机物能够快速吸附在活性炭基多孔薄膜上，吸附的有机物在氧化银的作用下，经过光照，实现高效分解，解决了活性炭吸附饱和后不能再重复使用的问题，使得活性炭基多孔薄膜在不需要经过脱附的情况下实现多次重复降解水体中的有机污染物。

优选地，步骤1所述聚氨酯颗粒为聚酯型热塑性聚氨酯颗粒或聚醚型热塑性聚氨酯颗粒中的至少一种。

更优选地，所述聚氨酯颗粒的邵氏硬度为55～65a。

优选地，步骤1所述溶剂为n,n-二甲基甲酰胺或n,n-二甲基乙酰胺。

优选的，步骤2所述的活性炭粉颗粒的大小为200～400目。更优选为300目。

步骤3中，涂布于离型纸上的涂膜液厚度为0.02～0.3mm。由于光催化降解过程受光吸收强度与有机污染物吸附能力协同作用影响，优选地，所述涂布于离型纸上的涂膜液厚度为0.05mm。

优选地，步骤4所述的硝酸银溶液浓度为0.05～0.25mol/l，避光吸附时间为6～9小时。

更优选地，所述的硝酸银浓度为0.15mol/l，所述避光吸附时间为8小时。本发明的氧化银负载的多孔膜的反应过程可控，可通过控制硝酸银浓度来控制氧化银晶粒的大小，实现对氧化银负载的多孔膜性能的调节，当硝酸银和氢氧化钠的浓度均为0.050mol/l时，膜表面的ag2o分布紧密，但又不存在明显的团聚现象，有利于光催化活性的增强。

优选地，步骤4所述的氢氧化钠溶液浓度为0.05～0.25mol/l，干燥温度为35～45℃。更优选的，所述的氢氧化钠浓度为0.15mol/l，干燥温度为40℃。

本发明的目的之二在于，提供一种氧化银负载的多孔膜在紫外光或可见光照射下催化降解水中有机污染物的应用。

本发明的目的之三在于，提供一种氧化银负载的多孔膜在紫外光或可见光照射下杀菌消毒的应用。发明的氧化银负载的多孔膜可作为一种抗菌剂使用，银离子在光照的作用下能够作为活性中心从而起到催化的作用，使得空气中和水分子中的氧发生活化，产生活性氧化物，能够在较短的时间内通过氧化还原的作用破坏细菌的结构，从而导致细菌细胞的死亡，达到抗菌杀菌的目的。

本发明的有益效果：

本发明的一种氧化银负载的多孔膜的制备方法和应用，其中：将15～20份聚氨酯颗粒完全溶解于80～110份溶剂中，加入12～20份活性碳粉，搅拌均匀、消泡，得涂膜液；将涂膜液均匀涂布于离型纸后浸入水溶液中，待离型纸上的涂膜液完全固化成薄膜后取出，干燥后剥离离型纸，得活性炭基多孔薄膜；将活性炭基多孔薄膜浸入硝酸银溶液中避光吸附后取出，再浸入氢氧化钠溶液中，取出，洗涤，干燥，得到氧化银负载的多孔膜。本发明的一种氧化银负载的多孔膜的制备方法具有以下特点：

1.将具有巨大比表面积的活性炭作为薄膜的主要成分，能够对吸附在活性炭基多孔的有机物在氧化银的作用下，经过光照，实现高效分解。解决了活性炭吸附饱和后不能再重复使用的问题，能够实现不经过脱附的情况下多次重复降解水体中的有机污染物。具有活性高、吸附性能好、可循环利用的优点；

2.能够在基底表面直接成薄膜，不需要后处理，克服了高真空热蒸发反应、脉冲激光成薄膜、电化学成薄膜等制备方法的高真空、高能耗、反应和成薄膜过程复杂等缺点。具有工艺简单、成本低廉的优点；

3.在室温即可制备，并且具有条件温和、操作方便、反应所需时间短、能耗低的优点。有利于低成本制作ag2o半导体薄膜材料；

4.反应过程可控，可通过控制硝酸银浓度来控制氧化银晶粒的大小，实现对氧化银负载的多孔膜性能的调节，具有氧化银晶粒固载牢固、颗粒不易团聚的优点。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制。

图1为本发明的一种氧化银负载的多孔膜的一种实施方式的表面形貌扫描电子显微镜图；

图2为本发明的一种氧化银负载的多孔膜的一种实施方式的截面形貌扫描电子显微镜图。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

实施例1

本发明的一种氧化银负载的多孔膜的制备方法的实施方式之一，包括如下步骤：

（1）配制聚氨酯溶液：称取15g邵氏硬度为55a的聚酯型热塑性聚氨酯颗粒和80g的n，n-二甲基甲酰胺加入反应器中，通过恒温25℃搅拌8小时，待热塑性聚氨酯颗粒完全溶解在n，n-二甲基甲酰胺溶剂中，即得到聚酯型热塑性聚氨酯溶液；

（2）配制涂膜液：在聚酯型热塑性聚氨酯溶液中加入13g的400目活性炭粉，利用高速搅拌器搅拌20分钟后得到均匀的涂膜液，再将涂膜经静置3小时，消泡后留存备用；

（3）活性炭基多孔薄膜的制备：将涂膜液以0.3mm的厚度涂布于离型纸上，并迅速将涂布后的离型纸水平浸入去离子水中，当离型纸上的涂膜液完全固化成薄膜后置于室内通风干燥处室温晾干，待离型纸上的薄膜干燥完全后，将薄膜与离型纸剥离，并剪裁为长*宽10cm×10cm大小的活性炭基多孔薄膜，留存备用；

（4）活性炭基多孔薄膜预处理：将步骤（3）中经裁剪的活性炭基多孔薄膜浸入50ml的浓度为0.05mol/l的硝酸银溶液中避光吸附8小时，取出活性炭基多孔薄膜；

（5）氧化银负载的多孔膜的制备：然后经步骤（4）预处理的活性炭基多孔薄膜放置在50ml的浓度为0.05mol/l的氢氧化钠溶液中反应30分钟，在活性炭基多孔薄膜的表面以及内部孔洞中原位生长氢氧化银，将薄膜取出后用去离子水将表面的氢氧化钠冲洗干净后置于40℃条件下真空干燥8小时，由于氢氧化银极不稳定，会分解为ag2o颗粒，即得到氧化银负载的多孔膜。

本实施例中，所制备的氧化银负载的多孔膜的表面和截面存在大量的孔洞结构，ag2o颗粒有效负载在活性炭基多孔薄膜的表面及内部孔洞结构中。在紫外光条件下，称取0.15g本实施例所制备的氧化银负载的多孔膜均匀分散在150ml的10mg/l罗丹明b溶液中，在3h内降解率可达到85%；在可见光条件下，称取0.15g本实施例所制备的氧化银负载的多孔膜均匀分散在150ml的10mg/l罗丹明b溶液中，在3h内降解率可达到94%。与此同时，本实施例所制备的氧化银负载的多孔膜在紫外光或可见光照射下对金黄色葡萄球菌（革兰氏阳性菌）、大肠杆菌（革兰氏阴性菌）均具有良好的抗菌活性。

实施例2

本发明的一种氧化银负载的多孔膜的制备方法的实施方式之一，包括如下步骤：

（1）配制聚氨酯溶液：称取17g邵氏硬度为60a的聚醚型热塑性聚氨酯颗粒和90g的n，n-二甲基乙酰胺加入反应器中，通过恒温30℃搅拌7.5小时，待热塑性聚氨酯颗粒完全溶解，即得到聚醚型热塑性聚氨酯溶液；

（2）配制涂膜液：在聚醚型热塑性聚氨酯溶液中加入15g的300目活性炭粉，利用高速搅拌器搅拌30分钟后得到均匀的涂膜液，静置消泡3.5小时候后留存备用；

（3）活性炭基多孔薄膜的制备：将涂膜液以0.03mm的厚度涂布于离型纸上，并迅速将涂布后的离型纸水平浸入去离子水中，当离型纸上的涂膜液完全固化成薄膜后置于室内通风干燥处室温晾干，待离型纸上的薄膜干燥完全后，将薄膜与离型纸剥离，并剪裁为长*宽为10cm×10cm大小的活性炭基多孔薄膜，当涂膜液的厚度为0.03mm时，得到的活性炭基多孔薄膜的光吸收强度和有机污染物的吸附能力所产生的协同效应有利于光催化活性的增强，将上述活性炭基多孔薄膜留存备用；

（4）活性炭基多孔薄膜预处理：将步骤（3）中经裁剪的活性炭基多孔薄膜浸入50ml的浓度为0.10mol/l的硝酸银溶液中避光吸附8小时，再取出活性炭基多孔薄膜；

（5）氧化银负载的多孔膜的制备：然后将经过步骤（4）预处理后的活性炭基多孔薄膜放置在50ml的浓度为0.10mol/l的氢氧化钠溶液中反应30分钟，在活性炭基多孔薄膜的表面以及内部孔洞中原位生长氢氧化银，将薄膜取出后用去离子水将表面的氢氧化钠冲洗干净后置于45℃条件下真空干燥7小时，由于氢氧化银极不稳定，会分解为ag2o颗粒，即得到氧化银负载的多孔膜。

本实施例中，所制备的氧化银负载的多孔膜的表面和截面存在大量的孔洞结构，ag2o颗粒有效固载在活性炭基薄膜的表面及内部孔洞结构中。在紫外光条件下，称取0.15g本实施例所制备的氧化银负载的多孔膜均匀分散在150ml的10mg/l罗丹明b溶液中，在3h内降解率可达到92%；在可见光条件下，称取0.15g本实施例所制备的氧化银负载的多孔膜均匀分散在150ml的10mg/l罗丹明b溶液中，在3h内降解率可达到96%。与此同时，本实施例所制备的氧化银负载的多孔膜在紫外光或可见光照射下对金黄色葡萄球菌（革兰氏阳性菌）、大肠杆菌（革兰氏阴性菌）均具有良好的抗菌活性。

实施例3

本发明的一种氧化银负载的多孔膜的制备方法的实施方式之一，包括如下步骤：

（1）配制聚氨酯溶液：称取18g邵氏硬度为60a的聚酯型热塑性聚氨酯颗粒和100g的n，n-二甲基甲酰胺加入反应器中，在40℃恒温条件下搅拌7小时，待热塑性聚氨酯颗粒完全溶解后即得到聚氨酯溶液；

（2）配制涂膜液：在步骤（1）所制备的聚氨酯溶液中加入16g的400目活性炭粉，利用高速搅拌器搅拌30分钟后得到均匀的涂膜液，静置消泡4小时后留存备用；

（3）活性炭基多孔薄膜的制备：将步骤（2）制备的涂薄膜液以0.02mm的厚度涂布于离型纸上，并迅速将涂布后的离型纸水平浸入去离子水中，当离型纸上的涂膜液完全固化成薄膜后置于室内通风干燥处室温晾干，待离型纸上的薄膜干燥完全后，将薄膜与离型纸剥离，并剪裁为长*宽为10cm×10cm大小的活性炭基多孔薄膜，留存备用；

（4）活性炭基多孔薄膜预处理：将上述裁剪完成的活性炭基多孔薄膜浸入50ml的浓度为0.15mol/l的硝酸银溶液中避光吸附8小时，再取出活性炭基多孔薄膜；

（5）氧化银负载的多孔膜的制备：最后将经步骤（4）预处理后的活性炭基多孔薄膜放置在50ml的浓度为0.15mol/l的氢氧化钠溶液中反应30分钟，在活性炭基多孔薄膜的表面以及内部孔洞中原位生长氢氧化银，将薄膜取出后用去离子水将表面的氢氧化钠冲洗干净后置于45℃条件下真空干燥7小时，由于氢氧化银极不稳定，会分解为ag2o颗粒，即得到氧化银负载的多孔膜。

本实施例中，所制备的氧化银负载的多孔膜的表面和截面存在大量的孔洞结构，ag2o颗粒有效固载在活性炭基薄膜的表面及内部孔洞结构中，如图1、图2扫描电子显微镜图所示。在紫外光条件下，称取0.15g本实施例所制备的氧化银负载的多孔膜均匀分散在150ml的10mg/l罗丹明b溶液中，在3h内降解率可达到88%；在可见光条件下，称取0.15g本实施例所制备的氧化银负载的多孔膜均匀分散在150ml的10mg/l罗丹明b溶液中，在3h内降解率可达到95%。与此同时，本实施例所制备的氧化银负载的多孔膜在紫外光或可见光照射下对金黄色葡萄球菌（革兰氏阳性菌）、大肠杆菌（革兰氏阴性菌）均具有良好的抗菌活性。

实施例4

本发明的一种氧化银负载的多孔膜的制备方法的实施方式之一，包括如下步骤：

（1）配制聚氨酯溶液：称取20g邵氏硬度为65a的聚酯型热塑性聚氨酯颗粒和110g的n，n-二甲基乙酰胺加入反应器中，在40℃恒温条件下搅拌7小时，待热塑性聚氨酯颗粒完全溶解后即得到聚氨酯溶液；

（2）配制涂膜液：在步骤（1）所制备的聚氨酯溶液中加入18g的200目活性炭粉，利用高速搅拌器搅拌30分钟后得到均匀的涂膜液，静置消泡4小时候后留存备用；

（3）活性炭基多孔薄膜的制备：将步骤（2）制备的涂膜液以0.02mm的厚度涂布于离型纸上，并迅速将涂布后的离型纸水平浸入去离子水中，当离型纸上的涂膜液完全固化成薄膜后置于室内通风干燥处室温晾干，待离型纸上的薄膜干燥完全后，将薄膜与离型纸剥离，并剪裁为长*宽为10cm×10cm大小的活性炭基多孔薄膜，留存备用；

（4）将上述裁剪完成的活性炭基多孔薄膜浸入50ml的浓度为0.25mol/l的硝酸银溶液中避光吸附9小时，再取出活性炭基多孔薄膜；

（5）氧化银负载的多孔膜的制备：最后将经步骤（4）预处理后的活性炭基多孔薄膜放置在50ml的浓度为0.25mol/l的氢氧化钠溶液中反应30分钟，在活性炭基多孔薄膜的表面以及内部孔洞中原位生长氢氧化银，将薄膜取出后用去离子水将表面的氢氧化钠冲洗干净后置于40℃条件下真空干燥8小时，由于氢氧化银极不稳定，会分解为ag2o颗粒，即得到氧化银负载的多孔膜。

本实施例中，所制备的氧化银负载的多孔膜的表面和截面存在大量的孔洞结构，ag2o颗粒有效固载在活性炭基薄膜的表面及内部孔洞结构中。在紫外光条件下，称取0.15g本实施例所制备的氧化银负载的多孔膜均匀分散在150ml的10mg/l罗丹明b溶液中，在3h内降解率可达到84%；在可见光条件下，称取0.15g本实施例所制备的氧化银负载的多孔膜均匀分散在150ml的10mg/l罗丹明b溶液中，在3h内降解率可达到90%。与此同时，本实施例所制备的氧化银负载的多孔膜在紫外光或可见光照射下对金黄色葡萄球菌（革兰氏阳性菌）、大肠杆菌（革兰氏阴性菌）均具有良好的抗菌活性。

实施例5

本发明的一种氧化银负载的多孔膜的制备方法的实施方式之一，包括如下步骤：

（1）配制聚氨酯溶液：称取20g邵氏硬度为65a的聚酯型热塑性聚氨酯颗粒和105g的n，n-二甲基甲酰胺加入反应器中，在40℃恒温条件下搅拌7小时，待热塑性聚氨酯颗粒完全溶解后即得到聚氨酯溶液；

（2）配制涂膜液：在步骤（1）所制备的聚氨酯溶液中加入12g的200目活性炭粉，利用高速搅拌器搅拌30分钟后得到均匀的涂膜液，静置消泡4小时候后留存备用；

（3）活性炭基多孔薄膜的制备：将步骤（2）制备的涂膜液以0.15mm的厚度涂布于离型纸上，并迅速将涂布后的离型纸水平浸入去离子水中，当离型纸上的涂膜液完全固化成薄膜后置于室内通风干燥处室温晾干，待离型纸上的薄膜干燥完全后，将薄膜与离型纸剥离，并剪裁为长*宽为10cm×10cm大小的活性炭基多孔薄膜，留存备用；

（4）将上述裁剪完成的活性炭基多孔薄膜浸入50ml的浓度为0.20mol/l的硝酸银溶液中避光吸附9小时，再取出活性炭基多孔薄膜；

（5）氧化银负载的多孔膜的制备：最后将经步骤（4）预处理后的活性炭基多孔薄膜放置在50ml的浓度为0.20mol/l的氢氧化钠溶液中反应30分钟，在活性炭基多孔薄膜的表面以及内部孔洞中原位生长氢氧化银，将薄膜取出后用去离子水将表面的氢氧化钠冲洗干净后置于40℃条件下真空干燥8小时，由于氢氧化银极不稳定，会分解为ag2o颗粒，即得到氧化银负载的多孔膜。

本实施例中，所制备的氧化银负载的多孔膜的表面和截面存在大量的孔洞结构，ag2o颗粒有效固载在活性炭基薄膜的表面及内部孔洞结构中。在紫外光条件下，称取0.15g本实施例所制备的氧化银负载的多孔膜均匀分散在150ml的10mg/l罗丹明b溶液中，在3h内降解率可达到84%；在可见光条件下，称取0.15g本实施例所制备的氧化银负载的多孔膜均匀分散在150ml的10mg/l罗丹明b溶液中，在3h内降解率可达到90%。与此同时，本实施例所制备的氧化银负载的多孔膜在紫外光或可见光照射下对金黄色葡萄球菌（革兰氏阳性菌）、大肠杆菌（革兰氏阴性菌）均具有良好的抗菌活性。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。