一种飞絮-聚多巴胺-二氧化钛多孔光催化剂的制备方法与流程

本发明涉及纳米光催化剂制备，具体是一种碳-聚多巴胺-二氧化钛多孔光催化剂的制备方法。

背景技术：

1、在目前工业社会快速发展的状态下，同时也产生了众多污染物，包括但不限于挥发性污染物如甲醛、乙醛、苯等和液态污染物如各种生产过程中产生的有机工业废水，这些污染物均会对生态环境造成影响或直接对人体造成影响。研究发现，光催化可有效降解有机污染物，在各种光催化剂中，二氧化钛在紫外光下表现出良好的降解速率，且二氧化钛具有较高光催化活性、亲水性等优势，因此逐渐成为了研究的重点方向。

2、目前，纳米tio2的制备方法主要有水热法、溶剂热法和溶胶凝胶法等，上述制备方法常需要苛刻的制备条件，或需要使用昂贵或有毒的原料，因此无法满足工业化规模生产的需要，从而极大限制了纳米tio2的应用前景。

3、飞絮纤维如杨絮、柳絮或梧桐絮是一类常见的天然植物纤维，纤维骨架上含有大量羟基且具有较大的比表面积，适于作为模板以制备纳米tio2材料，如中国专利文献cn106311196a(申请号201610578035.2)公开了一种管状结构纳米二氧化钛光催化剂及制备方法，该方法使用梧桐絮为模板经烧结制备纳米tio2光催化材料，但该制备方法直接将前驱体四氯化钛组装于梧桐絮的纤维表面，但该制备方法中反应需要高温烧结，若将该方法进行工业化扩大应用，则在碳化过程中会需要消耗大量热量，徒增生产成本，且同时制备过程中钛源是由四氯化钛提供，反应过程中会产生氯化氢气体，对环境造成污染。

4、因此，亟需一种利用飞絮制备纳米tio2光催化材料的方法，来满足实际生产的需要。

技术实现思路

1、本发明的目的是为解决上述技术问题，提供一种飞絮-聚多巴胺-二氧化钛多孔光催化剂的制备方法，制备过程中，利用飞絮纤维和碳酸钙为模板剂，聚多巴胺为连接剂制备光催化剂，无需进行高温烧结，选用的钛源不产生有害物质，且制得的光催化剂不发生团聚，有效提高了光催化效率。

2、为实现上述技术效果，本发明采用下述技术方案：

3、一种飞絮-聚多巴胺-二氧化钛多孔光催化剂的制备方法，包括如下步骤:

4、s1.取飞絮去除表面杂质，经处理得到含有飞絮纤维的第一液体；

5、s2.取步骤s1制得的第一液体，在搅拌下加入氧化钙和多巴胺反应，经离心去除上清液后洗涤得到第一粉末；

6、s3.将步骤s2制得的第一粉末分散于有机溶剂，在搅拌下加入钛酸乙酯反应，经离心第二粉末；

7、s4.将步骤s3制得的第二粉末分散于蒸馏水，在搅拌下滴入稀酸后，离心去除上清液并洗涤，即得目标产物。

8、本发明提供的制备方法中，使用飞絮的纤维结构作为第一模板，通过搅拌下加入氧化钙在飞絮纤维处生成碳酸钙作为第二模板，目的是进一步增加所制备模板的比表面积和tio2的可分散性以防止发生团聚，第一液体中经调ph呈弱碱性环境，加入的多巴胺在弱碱性环境下，在模板表面自聚合生成具有良好连接性能的聚多巴胺，由前驱体钛酸乙酯反应生成的二氧化钛能够在连接剂聚多巴胺的表面均匀分散，通过酸洗将产物中的碳酸钙去除，进一步提高产物中二氧化钛的质量占比，从而有效提升单位质量下光催化剂的催化效果。

9、优选的，所述步骤s1中，飞絮经蒸馏水和无水乙醇洗涤去除表面杂质。

10、优选的，所述步骤s1中，飞絮经碱液浸泡，高速离心去除上清液后调ph，低速离心取上清液即为含有飞絮纤维的第一液体。

11、进一步优选的，所述步骤s1中，碱液中的碱选自naoh、koh或ca(oh)2中的一种，碱液的ph为8.0-11.0，碱液浸泡时长为10-36h；更优选的，碱液的ph为9.0-10.0，碱液浸泡时长为12-24h。

12、进一步优选的，所述步骤s1中，调ph为加入蒸馏水调节ph，ph调节至7.5-9.0；更优选的，ph调节至7.5-8.0。

13、进一步优选的，所述步骤s1中，高速离心的转速为2000-4000r/min，低速离心的转速为200-800r/min；更优选的，高速离心的转速为2500-3500r/min，低速离心的转速为300-500r/min。

14、进一步优选的，所述步骤s1中，投入的飞絮质量与取出第一液体的比例为5-10mg:1ml。

15、步骤s1中，先将飞絮进行清洗，去除表面拒水杂质，使用碱液对纤维表面进行改性，使其具备结合能力以作为模板使用，首先高速离心去除多余的碱液，然后洗掉碱液且调节ph，再经低速离心，将羟基化且良好分散的飞絮分散于上清液中，便于取出进行后续反应。同时，因制备过程无需对飞絮纤维进行高温烧结碳化，因此飞絮无需大量投入即可实现对产物中二氧化钛的良好支撑分散效果，适于工业化规模生产。

16、优选的，所述步骤s2中，投入氧化钙的质量与第一液体的体积比为0.05-0.2g:1ml；更优选的，投入氧化钙的质量与第一液体的体积比为0.08-0.12g:1ml。

17、优选的，所述步骤s2中，投入多巴胺的质量与第一液体的体积比为0.01-0.08g:1ml；更优选的，投入多巴胺的质量与第一液体的体积比为0.03-0.05g:1ml。

18、优选的，所述步骤s2中，搅拌转速为200-800r/min，离心转速为2000-3500r/min；更优选的，搅拌转速为240-500r/min，离心转速为2500-3000r/min。

19、进一步优选的，所述步骤s2中，加入氧化钙后进行反应10-48h，加入多巴胺后进行反应18-36h；更优选的，加入氧化钙后进行反应16-30h，加入多巴胺后进行反应16-24h。

20、步骤s2中，先分别加入氧化钙，在搅拌条件下于纤维间隙生成碳酸钙，然后再加入多巴胺，多巴胺作为连接剂附着于飞絮和碳酸钙的表面，得到带有连接剂聚多巴胺的模板物质。该步骤的目的在于制备飞絮-碳酸钙-聚多巴胺复合物，离心洗涤的作用在于洗掉未得到有效附着的飞絮、碳酸钙和多巴胺。

21、优选的，所述步骤s3中，投入钛酸乙酯的体积与第一液体的体积之比为0.05-0.2:1；更优选的，投入钛酸乙酯的体积与第一液体的体积之比为0.10-0.15:1。

22、优选的，所述步骤s3中，投入钛酸乙酯后，反应时长为10-36小时；更优选的，反应时长为20-24小时。

23、优选的，所述步骤s3中，搅拌转速为100-300r/min，离心转速为2000-3500r/min；更优选的，搅拌转速为2500-3000r/min，离心转速为2200-2500r/min。

24、优选的，所述步骤s3中，酸洗使用的酸液选自稀盐酸、醋酸和硝酸，酸液的ph为1.0-3.0；更优选的，酸洗使用的酸液选自稀盐酸，酸液的ph为1.0-2.0。

25、步骤s3中，以蒸馏水作为反应介质，加入二氧化钛前驱体钛酸乙酯进行搅拌，形成的二氧化钛附着在纤维/聚多巴胺/碳酸钙表面，并通过限定钛酸乙酯与第一液体的比例关系，使得到的产物中二氧化钛能得到有效分散而不产生团聚，离心、烘干去除多余反应介质，使用酸液进行清洗，将产物中的碳酸钙除去，即可制得目标产物飞絮-聚多巴胺-二氧化钛多孔光催化剂。

26、本发明还提供了一种由上述制备方法制成的飞絮-聚多巴胺-二氧化钛多孔光催化剂，所述光催化剂由飞絮纤维、聚多巴胺和二氧化钛组成，所述聚多巴胺作为连接剂将飞絮纤维和二氧化钛进行连接。

27、本发明的有益效果是：

28、1.本发明提供了一种以飞絮纤维和碳酸钙为模板，以聚多巴胺为连接剂，制备飞絮-聚多巴胺-二氧化钛纳米复合多孔光催化剂的方法，使二氧化钛能够在模板表面均匀分散，无需高温烧结的同时，使用的材料均不会产生污染物，制备方法环保且便于工业化规模生产。

29、2.本发明提供的制备方法中，首先生成飞絮-聚多巴胺-碳酸钙-tio2的复合材料，飞絮纤维限制碳酸钙的生长，聚多巴胺包覆于碳酸钙表面；通过酸洗洗掉碳酸钙，提高二氧化钛在光催化剂中的质量占比，从而有效提升单位质量光催化剂的催化效果。

30、3.本发明通过限定二氧化钛前驱体与第一液体的投料比例关系，使制得的光催化剂中，二氧化钛得到有效分散。