光催化浆料、光催化织物及其制备方法与流程

本申请涉及光催化剂
技术领域：
，具体而言，涉及一种光催化浆料、光催化织物及其制备方法。
背景技术：
：光催化剂由于对有机物具有独特的催化反应性能，因此其在环境治理方面显示出十分广阔的应用前景。光催化剂在太阳光的照射下由稳态转变为激发态，内部电子从激发带跃迁到导带，同时在激发带上产生相应的电子空穴，其中电子空穴与光催化剂表面附着的水分子反应，进一步生成羟基自由基，而光生电子与氧分子反应，产生超氧负离子。羟基自由基与超氧负离子均具有较强的氧化性，能够将有机污染物分解为二氧化碳和水，从而达到治理环境的目的，且光催化剂在整个过程中不发生变化，因此具有长期活性。但在现有的光催化剂在运用时较难负载到织物表面。技术实现要素：本申请实施例的目的在于提供一种光催化浆料、光催化织物及其制备方法，旨在解决光催化剂很难负载到织物表面的问题。第一方面，本申请实施例提供了一种光催化浆料，其包括液相物质以及分散于液相物质的主料，主料包括石墨烯材料、半导体材料以及工程菌菌落，液相物质包括醇类物质和/或水。在上述实现过程中，半导体材料的能带结构由低能的价带和高能的导带构成，在光照下，半导体材料价带上的电子会被激发到导带上，同时在价带上产生空穴，价带空穴是良好的氧化剂，导带电子是良好的还原剂，其中价带空穴与光催化材料表面附着的水分子反应，进一步生成羟基自由基，而导带电子与氧分子反应，产生超氧负离子。羟基自由基与超氧负离子均具有较强的氧化性，能够将污染物分解为二氧化碳和水，半导体材料整个过程不发生变化。另外，由于半导体材料和石墨烯材料均分散在液相物质中，导带电子很容易通过半导体与石墨烯材料所形成的界面从半导体传递到石墨烯材料上，石墨烯材料二维平面结构能够以较高的载流子迁移率把电子快速转移至污染物上，与此同时，延长了导带电子的平均自由程，降低价带空穴与导带电子的复合，提高光催化效率。且石墨烯材料中具有大量的n电子，可以与污染物分子之间发生n-n作用，提高光催化浆料与污染物的吸附能力，从而提高光催化降解的效率。另外，发明人发现工程菌经适当温度诱导分泌的粘液可以起到粘接作用，有利于将光催化浆料负载在织物上。且工程菌自身具有降解氮、磷等污染物的特点，从而能够提高污水处理效率。另外，工程菌菌落在上述方案中的液相环境中能够存活，且上述的液相物质比较环保，对环境无污染。在一种可能实施方案中，工程菌包括地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、苏云金芽胞杆菌中的一种或多种。上述工程菌在适当的温度下均能够产生粘液，有利于将光催化浆料负载在织物上。在一种可能实施方案中，半导体材料包括tio2、zno、cds、mno2、wo3和bivo4中的一种或多种；和/或，石墨烯材料包括石墨烯、氧化石墨烯和还原氧化石墨烯中的一种或多种。在上述实现过程中，上述的半导体材料均具有较好的光催化能力，与石墨烯材料复合，能够增加上述的半导体材料的光催化效果。另外，上述石墨烯材料均能够增加半导体材料的光催化效果。在一种可能的实施方案中，醇类物质包括甲醇、乙醇、丙醇和正丁醇中的任一种。在上述实现过程中，工程菌菌落在上述醇类物质容易存活，且石墨烯材料、半导体材料和工程菌菌落能够较好地分散在上述醇类物质中。在一种可能的实施方案中，石墨烯材料、半导体材料与工程菌菌落的重量比为1:(10～50):(10～50)。在上述实现过程中，上述比例的石墨烯材料、半导体材料与工程菌菌落能够使得光催化浆料较好地负载在织物表面。第二方面，本申请实施例提供一种第一方面实施例的光催化浆料的制备方法，包括：将石墨烯材料、半导体材料以及工程菌菌落分散在液相物质中。在上述实现过程中，石墨烯材料与半导体材料分散在液相中，石墨烯材料的单原子层二维平面结构具有较大的比表面积，有利于半导体材料的分散，能够使得石墨烯材料与半导体材料之间形成较好的界面，从而使得石墨烯材料二维平面结构能够以较高的载流子迁移率把电子快速转移至污染物上。另外，工程菌与石墨烯材料、半导体材料一同分散在液相物质中，工程菌在适当的温度条件下能够分泌粘液发挥粘性，石墨烯材料和半导体材料能够很好地结合在一起，并将光催化浆料更好地负载在织物表面。在一种可能的实施方案中，先将石墨烯材料和半导体材料进行砂磨，再将工程菌菌落与砂磨后的石墨烯材料及砂磨后的半导体材料分散于液相物质中；或者将石墨烯材料、半导体材料以及工程菌菌落分散在液相物质中，再进行砂磨。在上述实现过程中，将石墨烯材料和半导体材料先进行砂磨，石墨烯材料和半导体材料的粒径变小，有利于石墨烯材料和半导体材料更好地分散于液相物质中。将石墨烯材料、半导体材料以及工程菌菌落分散在液相物质中，再进行砂磨也能使得石墨烯材料、半导体材料的粒度变小，在液相物质中的分散效果更好。第三方面，本申请实施例提供一种光催化织物，光催化织物由第一方面实施例的光催化浆料负载于织物表面上得到。在上述实现过程中，由于第一方面实施例的光催化浆料具有较好的光催化降解效率和污水处理能力，则由上述的光催化浆料负载于织物表面上得到光催化织物也具有较好的光催化降解效率和污水处理能力，光催化织物能够应用到服装、环境治理等多个方面。第四方面，本申请实施例提供一种第三方面实施例的光催化织物的制备方法，包括：将上述的光催化浆料形成于织物的表面，在70～100℃的温度条件下处理。在上述实现过程中，光催化剂浆料中的工程菌在70～100℃能够分泌粘液发挥粘性作用，从而能够将光催化浆料粘附在织物表面，光催化浆料干燥后形成固体物质负载在织物表面。在一种可能的实施方案中，光催化浆料形成于织物的表面的方式包括涂布和/或浸泡。在上述实现过程中，通过涂布或浸泡或者涂布加浸泡的方式均能够将光催化浆料附在织物表面。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。图1为本申请实施例1提供的光催化织物的sem测试图谱；图2为本申请实施例2提供的光催化织物的sem测试图谱；图3为本申请实施例3提供的光催化织物的sem测试图谱；图4为本申请对比例1提供的光催化织物的sem测试图谱；图5为本申请对比例2提供的光催化织物的sem测试图谱。具体实施方式为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。需要说明的是，本申请中的“和/或”，如“方案a和/或方案b”，均是指可以单独地为方案a、单独地为方案b、方案a加方案b，该三种方式。在无特殊说明的情况下，本申请实施例中的多种为两种或两种以上。下面将对本申请实施方式中的一种光催化浆料、光催化织物及其制备方法进行描述。本实施方式提供一种光催化浆料，其包括液相物质以及分散于液相物质的主料，主料包括石墨烯材料、半导体材料以及工程菌菌落，液相物质包括醇类物质和/或水。需要说明的是，分散于液相物质的主料，也即是说，液相物质是能够使主料分散在体系中的物质。其中，醇类物质和/或水指的是可以是醇类物质，可以是水，也可以是醇类物质的水溶液。需要说明的是，这里的醇类物质的水溶液指的是醇类物质与水以任意比例混溶得到的液体，示例性地，在醇类物质的水溶液中，醇类物质的质量百分浓度为1％～99％，或5％～80％，或20％～60％，例如包括但不限于99％、95％、85％、75％、60％、50％、30％、10％、5％、1％等中的一者或任意两者之间的范围。另外，醇类物质指的是无水醇类物质。在一些可能的实施方案中，醇类物质包括甲醇、乙醇、丙醇和正丁醇中的任一种。进一步地，工程菌包括地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、苏云金芽胞杆菌中的一种或多种。另外，半导体材料包括tio2、zno、cds、mno2、wo3和bivo4中的一种或多种；和/或，石墨烯材料包括石墨烯、氧化石墨烯和还原氧化石墨烯中的一种或多种。进一步地，在一种可能的实施方案中，石墨烯材料、半导体材料与工程菌菌落的重量比为1:(10～50):(10～50)。示例性地，石墨烯材料、半导体材料与工程菌菌落的重量比例如但不限于1:10:10、1:10:50、1:50:10、1:20:10、1:30:10、1:40:10、1:20:20、1:30:20、1:40:20、1:50:20、1:20:30、1:20:40、1:20:50、1:30:30、1:30:40、1:30:50、1:40:30、1:50:30、1:50:40、1:40:40和1:40:50中的一者或任意两者之间的范围。本实施方式提供一种上述的光催化浆料的制备方法，包括：将石墨烯材料、半导体材料以及工程菌菌落分散在液相物质中。示例性地，可以将石墨烯材料、半导体材料和工程菌菌落分别依次分散在液相物质中，其中，石墨烯材料、半导体材料和工程菌菌落依次加入的顺序不限。也可以将石墨烯材料和半导体材料混合后分散于液相物质中，再将工程菌菌落分散于液相物质中。或者是先将工程菌菌落分散于液相物质中，再将石墨烯材料和半导体材料混合，然后将其混合物分散于液相物质。需要说明的是，本申请对石墨烯材料、半导体材料以及工程菌菌落是以何种方式分散在液相物质中不做具体限定，只要能够使得石墨烯材料、半导体材料以及工程菌菌落分散在液相物质中即可。在一种可能的实施方案中，先将石墨烯材料和半导体材料进行砂磨，再将工程菌菌落与砂磨后的石墨烯材料及砂磨后的半导体材料分散于液相物质中。在另一种可能的实施方案中，将石墨烯材料、半导体材料以及工程菌菌落分散在液相物质中，再进行砂磨。示例性地，上述方案中可采用砂磨机进行湿法砂磨。可选地，砂磨机的转速为500～5000r/min，砂磨时间为1-10h。可选地，转速为1000～4000r/min，或2000～3000r/min。转速例如但不限于500r/min、800r/min、1000r/min、1500r/min、2000r/min、3000r/min、3500r/min、4000r/min和5000r/min中的一者或任意两者之间的范围。可选地，砂磨时间为2～8h，或4～6h。砂磨时间例如但不限于1h、2h、4h、5h、6h、7h、8h和10h中的一者或任意两者之间的范围。需要说明的是，上述两种方案中，只要能够实现砂磨的目的即可，本申请实施例对砂磨的设备及砂磨方式不做具体限定。本实施方式还提供一种光催化织物，光催化织物由上述的光催化浆料负载于织物表面上得到。需要说明的是，本申请实施方式的织物的材质包括但不限于丝、棉、麻、毛、涤纶等。可以理解的是，该织物可以是由上述材质的其中一种制成的纯纺织物，也可以是由两种或两种以上不同的材质制成的混纺织物或者混并织物。本申请对织物的类型不做具体限定。本实施方式还提供一种上述光催化织物的制备方法，包括：将上述的光催化浆料形成于织物的表面，在70～100℃的温度条件下处理使得光催化浆料负载在织物的表面。示例性地，光催化浆料形成于织物的表面的方式包括涂布和/或浸泡。即可以采用涂布或者浸泡或者涂布加浸泡的方式将光催化浆料附在织物的表面，在70～100℃的温度条件下，工程菌分泌粘液发挥粘性作用，从而能够将光催化浆料粘附在织物表面，光催化浆料干燥后形成固体物质负载在织物表面。其中，处理温度可选地为70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、95℃和100℃中的一者或任意两者之间的范围。另外，涂布的方式包括但不限于刮涂法、流延涂布法、刷涂法、辊涂法和喷涂法等。以下结合实施例对本申请的特征和性能作进一步的详细描述。实施例1将石墨烯、tio2与地衣芽孢杆菌比例为1:10:10的重量比分散于水中得到分散液，将分散液置于砂磨机中，在转速为500r/min的条件下砂磨1h得到光催化浆料。将织物浸泡在光催化浆料中，然后利用辊涂法将光催化浆料涂布在织物的表面，在70℃的温度条件下烘干得到光催化织物。实施例2将石墨烯、tio2与地衣芽孢杆菌比例为1:20:20的重量比分散于水中得到分散液，将分散液置于砂磨机中，在转速为1000r/min的条件下砂磨3h得到光催化浆料。将织物浸泡在光催化浆料中，然后利用辊涂法将光催化浆料涂布在织物的表面，在80℃的温度条件下烘干得到光催化织物。实施例3将石墨烯、zno与解淀粉芽孢杆菌比例为1:50:50的重量比分散于水中得到分散液，将分散液置于砂磨机中，在转速为5000r/min的条件下砂磨10h得到光催化浆料。将织物浸泡在光催化浆料中，然后利用辊涂法将光催化浆料涂布在织物的表面，在100℃的温度条件下烘干得到光催化织物。实施例4将氧化石墨烯、mno2与枯草芽孢杆菌比例为1:10:50的重量比分散于质量百分浓度为75％的乙醇水溶液中得到分散液，将分散液置于砂磨机中，在转速为2000r/min的条件下砂磨7h得到光催化浆料。利用辊涂法将光催化浆料涂布在织物的表面，在90℃的温度条件下烘干得到光催化织物。实施例5将氧化石墨烯、wo3与苏云金芽胞杆菌比例为1:50:10的重量比分散于质量百分浓度为95％的乙醇水溶液中得到分散液，将分散液置于砂磨机中，在转速为2000r/min的条件下砂磨7h得到光催化浆料。利用刮涂法将光催化浆料涂布在织物的表面，在90℃的温度条件下烘干得到光催化织物。实施例6将还原氧化石墨烯、zno与地衣芽孢杆菌比例为1:20:30的重量比分散于质量百分浓度为25％的乙醇水溶液中得到分散液，将分散液置于砂磨机中，在转速为3000r/min的条件下砂磨5h得到光催化浆料。利用辊涂法将光催化浆料涂布在织物的表面，在85℃的温度条件下烘干得到光催化织物。对比例1将石墨烯、tio2与地衣芽孢杆菌比例为1:10:10的重量比分散于水中得到分散液，将分散液置于砂磨机中，在转速为500r/min的条件下砂磨1h得到光催化浆料。将织物浸泡在光催化浆料中，然后利用辊涂法将光催化浆料涂布在织物的表面，在60℃的温度条件下烘干得到光催化织物。对比例2将石墨烯、tio2与地衣芽孢杆菌比例为1:20:20的重量比分散于水中得到分散液，将分散液置于砂磨机中，在转速为1000r/min的条件下砂磨3h得到光催化浆料。将织物浸泡在光催化浆料中，然后利用辊涂法将光催化浆料涂布在织物的表面，在110℃的温度条件下烘干得到光催化织物。试验例(1)将实施例1-3以及对比例1-2的光催化织物在扫描电子显微镜下观察，得到的sem图如图1-图5所示。结果分析：从图1中可以看出，实施例1的织物表面的光催化浆料干燥后的厚度为20nm。从图2可以看出，实施例2的织物表面的光催化浆料干燥后的厚度为50nm。从图3可以看出，实施例3的织物表面的光催化浆料干燥后的厚度为200nm。从图4可以看出，对比例1的织物表面的光催化浆料干燥后的厚度为5nm。从图5可以看出，对比例2的织物表面的光催化浆料干燥后的厚度为15nm。从上述的结果可以看出，本申请实施例1-3的织物表面负载的干燥后的光催化浆料厚度均高于对比例1-2的负载厚度。(2)负载率测试：对实施例1-3以及对比例1-2中的织物进行称量，其结果记为m1，对实施例1-3以及对比例1-2中的光催化织物进行称量，其结果记为m2，负载率＝(m2-m1)/m1。实施例1-3以及对比例1-2的负载率的测试结果记录在表1中。表1负载率测试结果实施例1实施例2实施例3对比例1对比例2负载率3％10％30％1％2％从表1的结果可以看出，实施例1-3的负载率均大于对比例1-2的负载率。另外，通过对比实施例1和对比例1，实施例1和对比例1的光催化织物的制备步骤和工艺中只有处理温度不同，处理温度为70℃的实施例1比处理温度为60℃的对比例1的负载率更高。通过对比实施例2和对比例2，实施例2和对比例2的光催化织物的制备步骤和工艺中只有处理温度不同，处理温度为80℃的实施例2比处理温度为110℃的对比例2的负载率更高。说明了本申请实施例中的处理温度(70～100℃)适当，能够使得工程菌分泌粘液使得光催化浆料能够更好地负载在织物表面。以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12