复合纳米光催化材料及其辐射接枝包埋制备方法技术

本发明专利技术公开了一种复合纳米光催化材料及其辐射接枝包埋制备方法。该方法用电离辐射照射高分子基材使其产生活性自由基，通过精确调控辐射工艺参数和反应条件，将照射后的高分子基材和中间单体进行接枝聚合反应，再通过接枝单体有效包埋无机纳米光催化剂，有效合成为系列可替代传统单一的无机纳米光催化材料的新型复合纳米光催化材料。本发明专利技术合成方法接枝率和包埋率高、合成工艺简化，合成产物有高速吸附、高吸附容量和高光催化降解率，降低使用成本、综合经济效益显著、尤其适合作中低浓度环境有机污染物的高速高效吸附催化材料。可推广运用作水中有机染料、激素、有机添加剂等有机污染物的高速高效吸附光催化材料。

【技术实现步骤摘要】

专利技术属于材料合成
，涉及一种高分子基材与无机纳米材料有效复合光催 化材料及其制备方法，尤其是针对水中有机污染物的一种高速高效复合纳米光催化材料的 辐射接枝包埋制备方法。
技术介绍
随着社会的发展、现代工业的迅猛发展和人民生活水平的不断提高，难分解的有 机污染物废水年排放量急剧增加，有限的水资源受到严重的污染。各国政府一方面加强制 定措施严控污水的排放质量和标准，另一方面投入巨资用于水资源净化材料及污水治理技 术的研宄。开发废水处理技术根据处理方式的不同，可分为三类：物理处理（活性炭、膜技 术），生物降解（细菌等）和化学处理。当处理高度有机污染的工农业污水时，物理方法无 能为力，常优先考虑一些生物方法，虽然生物法技术日趋成熟且费用较低，但此法对有毒物 质十分敏感，高度污染的废水会导致微生物废水降解组织失活。而采用化学方法处理时，虽 然可以通过化学反应改变污染物的化学性质，使其转化为无害的或可分离的物质，但在方 法上存在着不可避免的二次污染问题和成本较高。 近年来逐渐发展起来的"高级氧化技术"克服了上述方法的不足之处。目前广泛 研宄与应用有光化学降解、光催化和化学氧化过程，在此类技术中，非均相纳米光催化法 作为非生物技术，用来破坏和矿化多种有机污染物。其处理周期短、降解较为完全、反应条 件温和，为解决复杂高分子及有毒有害有机污染物的处理开辟出新的道路。 纳米TiO2具有无色无味、不燃烧、理化性质稳定、生物相容性、高耐光性、环境亲和 性、低成本和材料耐久性等优点决定其在生物医学、抗菌杀菌、环境净化等领域具有广泛的 用途。Fujishima等发现了水在110 2单晶电极的光照射下会分解为氧和氢的现象，同时他 们还发现水中的一些微量有机物也被降解。美国的科学家Ollis等研宄TiO 2光催化矿化 氯代烃污染物，是最早清楚地认识和开始应用半导体光催化作为水净化方法的。Matthews， Barbeni和Okamoto分别用1102光催化氧化氯苯、氯代苯酷、苯酷，证实了半导体光催化并 非局限于脂肪族化合物，同样也适用于芳环化合物。利用110 2的光催化降解污染物的性能， 进行污水处理是一种行之有效的改善环境的方法。目前已经广泛应用于照相工业和纺织印 染工业的污染物废水，工业有毒溶剂、染料、杀虫剂、防腐剂等，如卤代烃类、苯的衍生物类、 酚类、有机酸类、烃类、表面活性剂等污染物废水处理。 但是，传统单一组分纳米TiO2材料在实际应用时常有不足之处（特别是吸附、催 化以及回收、再生等方面），由于纳米TiO 2主要存在于载体内部，有机污染物在载体的扩散 速度慢，影响其吸附、催化和解吸速度；催化剂生产工艺中的残留成分很难清除，导致其在 水中的溶出物较多，使其在污水处理工艺中的使用受到限制；此外，上述催化材料价格昂 贵、吸附催化能力有限，使用这些催化材料会造成回收成本提高。针对上述问题，迫切需要 研发一种能克服上述缺陷，对水中有机污染物可进行高速高效吸附催化的新型复合光催化 剂。 要提高吸附吸附催化性能的主要思路是：尽量将纳米1102等有催化功能材料集中 在高分子材料表面，尽量缩短吸附对象在光催化材料中的扩散过程。按照这个要求，在对催 化剂结构设计上，利用接枝法在特定基材表面上导入单体并有效包埋无机纳米光催化材料 的方法被用于制备光催化材料。合成的光催化材料特别适合于中低浓度环境下对被吸附有 机污染物进行高速吸附、高效光催化降解；电离辐射接枝技术作为一种材料改性的重要手 段也被采用，用于合成各种光催化材料。与其他的接枝方法相比，辐射接枝技术具有对基材 和单体的种类可任意选择，对基材形状不限制，在接枝中间产物中无多余残留成分等优点， 特别是电子束乳液预辐射接枝法，可将基材的辐射过程和单体接枝反应过程分开，反应过 程中不容易产生均聚物，反应效率高，可控性强，适合在材料表面高密度导入特定的单体和 有效包埋高分散的纳米TiO 2。此种方法有利于将纳米1102引入到接枝单体的高分子基材 表面结构中，既能使110 2有效吸收自然光的能量，激发水分子产生活性自由基，又能提高纳 米TiO2的吸附性能和催化降解性能，同时也改善了高分子纳米复合催化剂的稳定性和力学 性能，且有利于回收再生再利用工艺，实现了有利性能结合、力学性能提高和吸附催化功能 增强的协同增效效果。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种采用电离辐射、乳化接 枝包埋法制备针对水中有机污染物的高速高效复合纳米光催化材料的辐射接枝包埋制备 方法。 本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的： -种复合纳米光催化材料的辐射接枝包埋制备方法，其特征在于：包括使高分子 基材产生活性自由基的电离辐射过程、在所述活性自由基上接枝单体的接枝聚合过程、以 及将无机纳米光催化剂引入接枝产物的包埋过程， 其中，电离福射过程为：将高分子基材封入含氮气的PE袋内，在低温下，对高分子 基材使用高能电子加速器进行辐射，使其产生可用于接枝反应的活性自由基， 接枝聚合包埋过程为：将所述产生了活性自由基的高分子基材投入到提前调制好 的吹入氮气的水系乳化溶液中，加热进行接枝聚合包埋反应，反应后清洗并干燥，得到最终 产物复合纳米光催化材料， 按质量分数计，其水系乳化溶液中包括10~80%的丙烯酸盐或苯烯盐中间单体、 以及4~10 %的无机纳米催化剂。 优选地：所述的高分子基材形状是平均直径为20-800 μ m的球状微粒，或者是直 径为5-300 μ m、长度为50-10000 μ m的微纤维状或片状结构。 之所以选择这个尺寸范围，是为了有利于产品的加工和包装，也方便后期吸附柱 的填充和装载。 优选地：所述的电离辐射由伽马射线，电子射线，X射线产生的电离射线，辐射剂 量为 10-250kGy。 优选地：所述的高分子基材和丙烯酸盐或苯烯盐中间单体进行接枝聚合反应 是在界面活性剂使它们在水系中形成稳定的乳化体系中进行，乳液接枝聚合反应温度为 40-80°C、乳液接枝聚合反应时间2-4h。确保单体能够充分接枝到基材上且有较高的接种 率，为中间体产品的开环反应提供前提条件。 之所以选用丙烯酸盐或苯烯盐中间单体，是因为它们容易辐射接枝且能够确保有 较高接种率。 优选地：所述的中间单体的接枝率为85%以上，接枝单体的密度为0. 8mmol/g以 上。 优选地：所述的高分子基材为微晶纤维素、PP、LDPE、HDPE、PVC、PVDF、PET中的一 种或几种。 优选地：所述的无机纳米光催化剂为 Ti02、Zn0、Cu20、InV04、Fe20 3、CdSe、CdS、P0M、 SrTi03、WO3、联吡啶-铁的配合物、铁卟啉、铁酞菁、稀土金属氧化物中的一种或几种。 之所以选择这些无机纳米光催化剂，是因为它们具有较好的禁带宽度匹配和较好 的光电转移性能，且具有较高稳定光催化性能。 优选地：所述的单体为甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酸、丙烯酸钠、氯乙烯酸、氯乙 烯酸钠、苯乙烯酸钠、氯苯乙烯酸钠中的一种或几种。 优选地：所述的包埋的无机纳米光催化剂的包埋率为80%以上。<当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合纳米光催化材料的辐射接枝包埋制备方法，其特征在于：包括使高分子基材产生活性自由基的电离辐射过程、在所述活性自由基上接枝单体的接枝聚合过程、以及将无机纳米光催化剂引入接枝产物的包埋过程，其中，电离辐射过程为：将高分子基材封入含氮气的PE袋内，在‑79℃到‑20℃的范围内，对高分子基材使用高能电子加速器进行辐射，使其产生可用于接枝反应的活性自由基，接枝聚合包埋过程为：将所述产生了活性自由基的高分子基材投入到提前调制好的吹入氮气的水系乳化溶液中，加热进行接枝聚合包埋反应，反应后清洗并干燥，得到最终产物复合纳米光催化材料，按质量分数计，其水系乳化溶液中包括10～80％的丙烯酸盐或苯烯盐中间单体、以及4～10％的无机纳米催化剂。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李月生，
申请(专利权)人：湖北科技学院，
类型：发明
国别省市：湖北;42