一种掺杂氧化铁的聚苯胺光催化剂的制备方法与流程

本发明涉及无机纳米光催化材料制备领域，特别涉及一种掺杂氧化铁的聚苯胺光催化剂的制备方法。

背景技术：

导电聚合物作为研究热点始于70年代。其中聚苯胺由于其独特的光电子效应和空气稳定性、无毒等特性，在聚合物电池、电解电容器等领域获得广泛关注。但是在光催化领域，聚苯胺虽然具有2.48ev的带隙宽度，但尚不具备好的分散性及较好的界面特性，目前作为独立的光催化材料尚未获得广泛的关注。

目前，关于导电聚合物光催化的研究集中于将其结合无机半导体氧化铁进行的尝试，然而，氧化铁纳米粉体在水中容易团聚，从而导致氧化铁纳米粉体对聚苯胺的包覆不均匀，最终严重影响聚苯胺的光化学活性。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供能提高氧化铁纳米粉体的分散性能，从而提高氧化铁纳米粉体对聚苯胺的包覆程度的一种掺杂氧化铁的聚苯胺光催化剂的制备方法。

为了实现上述的目的，本发明采用了如下的技术方案：

在一个总体方面，提供一种掺杂氧化铁的聚苯胺光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

制备β-萘磺酸溶液、过硫酸铵溶液和聚苯胺溶液；

在β-萘磺酸溶液中加入若干纳米氧化铁颗粒，得到氧化铁悬浊液；

混合氧化铁悬浊液和聚苯胺溶液，得到酸掺杂的聚苯胺悬浊液；

在酸掺杂的聚苯胺悬浊液中加入醇醚羧酸盐，得到第一混合溶液；

混合第一混合溶液和过硫酸铵溶液，得到第二混合溶液；

过滤第二混合溶液得到沉淀物，将沉淀物洗净干燥得到掺杂氧化铁的聚苯胺纳米团簇。

优选的，制备β-萘磺酸溶液、过硫酸铵溶液和聚苯胺溶液具体包括：

将β-萘磺酸溶于去离子水，得到β-萘磺酸溶液，并将β-萘磺酸溶液冰浴冷却；

将过硫酸铵溶于去离子水，得到过硫酸铵溶液，并将过硫酸铵溶液冰浴冷却；

将聚苯胺加入去离子水，进行超声分散，得到聚苯胺溶液。

优选的，在β-萘磺酸溶液中加入若干纳米氧化铁颗粒，得到氧化铁悬浊液具体包括：

将若干纳米氧化铁颗粒加入β-萘磺酸溶液；

对混合有纳米氧化铁颗粒的β-萘磺酸溶液进行超声分散，得到氧化铁悬浊液。

优选的，混合氧化铁悬浊液和聚苯胺溶液，得到酸掺杂的聚苯胺悬浊液具体包括：

混合氧化铁悬浊液和聚苯胺溶液；

冰浴冷却混合后的氧化铁悬浊液和聚苯胺溶液，得到酸掺杂的聚苯胺悬浊液。

优选的，混合第一混合溶液和过硫酸铵溶液，得到第二混合溶液具体包括：

混合第一混合溶液和过硫酸铵溶液；

震荡混合后的溶液，使其混合均匀；

冰浴冷却震荡后的溶液，得到第二混合溶液。

优选的，将沉淀物洗净干燥具体包括：

用乙醇和/或去离子水洗涤沉淀物；

将沉淀物放置在在80℃环境中干燥。

优选的，在β-萘磺酸溶液中加入若干纳米氧化铁颗粒的过程中，β-萘磺酸与纳米氧化铁颗粒的质量比为10mmol:1g～10mmol:2g。

优选的，混合氧化铁悬浊液和聚苯胺溶液的过程中，β-萘磺酸与聚苯胺的质量比为2g:1g～2g:2g。

优选的，在酸掺杂的聚苯胺悬浊液中加入醇醚羧酸盐的过程中，醇醚羧酸盐与纳米氧化铁颗粒的质量比为10mmol:0.1g～10mmol:0.5g。

优选的，混合第一混合溶液和过硫酸铵溶液的过程中，过硫酸铵与聚苯胺的质量比为1g:1g～1g:5g。

本发明提供了一种掺杂氧化铁的聚苯胺光催化剂的制备方法，由于在制备过程中添加了纳米氧化铁颗粒和醇醚羧酸盐，通过加入醇醚羧酸盐，促进纳米氧化铁颗粒在水溶液中的高效分散，以保证随后进行的聚苯胺包覆的有效性，具备很好的实用性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的掺杂氧化铁的聚苯胺光催化剂的制备方法流程图；

图2是本发明的掺杂氧化铁的聚苯胺光催化剂的显微结构示意图；

图3是本发明的掺杂氧化铁的聚苯胺光催化剂与其他催化剂催化降解甲基橙试验结果示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施例中的附图，对本发明的实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

图1是本发明的掺杂氧化铁的聚苯胺光催化剂的制备方法流程图，如图1所示，本实施例的掺杂氧化铁的聚苯胺光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

s01、制备β-萘磺酸溶液、过硫酸铵溶液和聚苯胺溶液；

在本实施例的步骤s01中，制备β-萘磺酸溶液、过硫酸铵溶液和聚苯胺溶液具体包括：

将β-萘磺酸溶于去离子水，得到β-萘磺酸溶液，并将β-萘磺酸溶液冰浴冷却，冷却时间在0.5h以上。

将过硫酸铵溶于去离子水，得到过硫酸铵溶液，并将过硫酸铵溶液冰浴冷却，冷却时间在0.5h以上。

接着将聚苯胺加入去离子水，由于聚苯胺的溶解性较差，因此需要对聚苯胺进行超声分散，超声分散时间在0.5h以上，使聚苯胺分散在去离子水中，得到聚苯胺溶液。

s02、在β-萘磺酸溶液中加入若干纳米氧化铁颗粒，得到氧化铁悬浊液；

在本实施例的步骤s02中，在β-萘磺酸溶液中加入若干纳米氧化铁颗粒，得到氧化铁悬浊液具体包括：

将若干纳米氧化铁颗粒加入β-萘磺酸溶液。

对混合有纳米氧化铁颗粒的β-萘磺酸溶液进行超声分散，得到氧化铁悬浊液。

其中，加入的纳米氧化铁颗粒主要为γ-fe2o3颗粒，并且由于纳米氧化铁颗粒的溶解性较差，因此也需要对纳米氧化铁颗粒进行超声分散，超声分散时间在1h以上，使纳米氧化铁颗粒分散在β-萘磺酸溶液中，得到氧化铁悬浊液。

值得注意的是，为了保证能够反应生成所需的掺杂氧化铁的聚苯胺光催化剂，需要控制各种反应物的质量配比，而在本步骤中，β-萘磺酸与纳米氧化铁颗粒的质量比为10mmol:1g～10mmol:2g。

s03、混合氧化铁悬浊液和聚苯胺溶液，得到酸掺杂的聚苯胺悬浊液；

在本实施例的步骤s03中，聚苯胺溶液为步骤s01中已经制备好备用的聚苯胺溶液，本实施例中混合氧化铁悬浊液和聚苯胺溶液，得到酸掺杂的聚苯胺悬浊液具体包括：

先取一定量的氧化铁悬浊液放置于离心管中，然后向其中加入聚苯胺溶液，对氧化铁悬浊液和聚苯胺溶液进行离心混合。

进一步的，冰浴冷却混合后的氧化铁悬浊液和聚苯胺溶液，冷却时间在2h以上，得到酸掺杂的聚苯胺悬浊液。

s04、在酸掺杂的聚苯胺悬浊液中加入醇醚羧酸盐，得到第一混合溶液；

在本实施例的步骤s04中，在酸掺杂的聚苯胺悬浊液中加入醇醚羧酸盐，醇醚羧酸盐能够促进纳米氧化铁颗粒在水溶液中的高效分散，从而保证后面步骤中聚苯胺包覆操作的有效进行。

s05、混合第一混合溶液和过硫酸铵溶液，得到第二混合溶液；

在本实施例的步骤s05中，混合第一混合溶液和过硫酸铵溶液，得到第二混合溶液具体包括：

先取一定量的第一混合溶液放置于离心管中，然后向其中加入过硫酸铵溶液，过硫酸铵溶液是步骤s01中制备的过硫酸铵溶液。

接着，将离心管放置在震荡装置中，对氧化铁悬浊液和聚苯胺溶液进行震荡混合，使其混合均匀，震荡混合均匀后，将其进行冰浴反应，反应时间在18h以上，反应完成后即可得到第二混合溶液。

s06、过滤第二混合溶液得到沉淀物，将沉淀物洗净干燥得到掺杂氧化铁的聚苯胺纳米团簇。

在本实施例的步骤s06中，过滤第二混合溶液得到沉淀物，将沉淀物洗净干燥具体包括：

先将水浴反应完成后的第二混合溶液过滤，可以得到第二混合溶液中的反应沉淀物。

接着用乙醇或着去离子水洗涤沉淀物，必要的时候可以同时使用乙醇和去离子水。

随后，将沉淀物放置在在80℃环境中干燥10h以上，即可得到掺杂氧化铁的聚苯胺纳米团簇。图2是本发明的掺杂氧化铁的聚苯胺光催化剂的显微结构示意图，图中1厘米代表50纳米，由上述步骤制得的掺杂氧化铁的聚苯胺光催化剂的显微结构如图2所示。

实施例二

作为本说明书的又一实施方式，与上一实施例不同的是，在本实施例的步骤s01中，将14.6g的β-萘磺酸溶于350ml的去离子水，得到β-萘磺酸溶液。

将32.0g的过硫酸铵溶于350ml的去离子水，得到过硫酸铵溶液。

接着将3.7g的聚苯胺加入100ml的去离子水，得到聚苯胺溶液。

进一步的，在本实施例的步骤s02中，将1.5g的纳米氧化铁颗粒加入到50ml的β-萘磺酸溶液中，超声分散得到氧化铁悬浊液。

进一步的，在本实施例的步骤s03中，混合的氧化铁悬浊液和聚苯胺溶液的体积相同，均为10ml。

进一步的，在本实施例的步骤s04中，在酸掺杂的聚苯胺悬浊液中加入醇醚羧酸盐，醇醚羧酸盐，需要对醇醚羧酸盐的浓度进行控制，保证醇醚羧酸盐的浓度为0.05mol/l。

进一步的，在本实施例的步骤s05中，将10ml过硫酸铵溶液加入步骤s04中得到的20ml第一混合溶液中。

实施例三

作为本说明书的一个对比实施方式，与上一实施例不同的是，在本实施例的步骤s01中，将β-萘磺酸溶于去离子水中，得到浓度为0.2mol/l的β-萘磺酸溶液。

将过硫酸铵溶于去离子水中，得到0.4mol/l的过硫酸铵溶液。

接着将聚苯胺加入去离子水中，得到0.55mol/l的聚苯胺溶液。

进一步的，在本实施例的步骤s02中，将1.2g的纳米氧化铁颗粒加入到50ml的β-萘磺酸溶液中，超声分散得到氧化铁悬浊液。

实施例四

作为本说明书的一个对比实施方式，与上一实施例不同的是，在本实施例的步骤s02中，将1.5g的纳米氧化铁颗粒加入到50ml的β-萘磺酸溶液中，超声分散得到氧化铁悬浊液。

测试实验

图3是本发明的掺杂氧化铁的聚苯胺光催化剂与其他催化剂在紫外光下催化降解甲基橙试验结果示意图，本实验采用了五组材料，分别为纳米氧化铁颗粒、聚苯胺、聚苯胺-醇醚羧酸盐、纳米氧化铁颗粒-聚苯胺和纳米氧化铁颗粒-聚苯胺-醇醚羧酸盐。

如图3所示，通过前三组数据的对比可以发现，较之没有使用醇醚羧酸盐的材料，使用醇醚羧酸盐的材料的光催化降解甲基橙的活性得到了较为明显的提升，因此，通过一级动力学拟合，并结合后两组材料的实验数据的验证，可知采用醇醚羧酸盐后的掺杂氧化铁的聚苯胺光催化剂具有最快的光催化降解速率。

本说明书的实施例提供了一种掺杂氧化铁的聚苯胺光催化剂的制备方法，由于在制备过程中添加了纳米氧化铁颗粒和醇醚羧酸盐，通过加入醇醚羧酸盐，促进纳米氧化铁颗粒在水溶液中的高效分散，以保证随后进行的聚苯胺包覆的有效性，具备很好的实用性。

上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。