本发明专利技术涉及一种催化降解有机物的纳米杂化分子印迹凝胶膜的制备方法,将表面官能化的金属纳米催化剂、海藻酸钠溶液、分子印迹硅烷和Ca
【技术实现步骤摘要】
催化降解有机物的纳米杂化分子印迹凝胶膜的制备方法
本专利技术属于催化降解材料制备领域,涉及一种催化降解有机物的纳米杂化分子印迹凝胶膜的制备方法。
技术介绍
近年来,随着我国经济飞速发展,同时伴随着人口的持续增长,大量污染物被排入河流湖泊等地表水生态系统中,导致流域生态环境遭到破坏,严重制约经济社会的可持续发展,影响人们的生活质量。污水处理技术及其工程应用已经成为维系社会经济可持续发展的必要组成部分。基于物理、化学和生物学原理的各种污水处理工艺不断出现,面对毒性大且难生物降解的有机工业废水,基于化学原理的催化降解技术因具有处理效率高和耗能小等优点,已经引起广大研究者和工程技术人员的广泛关注。传统的光催化降解水中的有机物方法是将催化剂颗粒分散到反应体系中,充分利用纳米颗粒巨大的比表面积催化分解污水中的污染物,以达到净化污水的目的,但利用这种具有催化作用的纳米颗粒进行催化反应所需要的时间长,且反应体系中的纳米颗粒很难被回收,将催化剂从污水中分离和回收的后期处理过程花费昂贵。因此,研究人员开始研究将纳米尺度的光催化材料负载嵌入基材的内部,而不是分散在外表层,这样可以使催化剂直接接触流动的液体,且可有效降低催化剂的洗出机率,同时采用具有高吸附性(量)的基材,还可提高从废水中去除有机污染物的效率,避免了将催化剂分离的后处理过程。以往学者研究了将TiO2混合进固定的载体中,如玻璃、不锈钢、纤维和碳纳米管,但这些固载方法都有着各种各样的问题,如催化剂容易剥离、兼容性差以及复合材料的柔韧性差等。海藻酸钙等多糖材料作为催化剂的载体已经引起了研究人员的关注和支持。研究发现,TiO2纳米粒子能够很好的分散在海藻酸钙多孔纤维中,形成光催化活性材料。虽然金属纳米粒子能够很好的分散,但是其在海藻酸钙凝胶中的附着力还有待提高,而催化剂与载体的固着力很大程度上将会影响整个体系的催化效率。因此,研究一种能够重复利用的、催化效率高、耗能小且负载的催化剂不易脱落的催化反应凝胶膜具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的不足,提供一种能够重复利用的、催化效率高、耗能小且负载的催化剂不易脱落的催化降解有机物的纳米杂化分子印迹凝胶膜的制备方法。本专利技术利用催化剂表面的络合物实现催化剂与海藻酸钠的充分混合和交联,通过改变表面官能化的金属纳米催化剂的种类实现对不同有机小分子的降解。为了达到上述目的,本专利技术采用如下的技术方案:催化降解有机物的纳米杂化分子印迹凝胶膜的制备方法,将表面官能化的金属纳米催化剂、海藻酸钠溶液、分子印迹硅烷和Ca2+交联剂的混合物进行刮膜制得催化降解有机物的纳米杂化分子印迹凝胶膜;所述分子印迹硅烷是用待降解有机物分子印迹的硅烷,所述表面官能化的金属纳米催化剂主要由催化剂和包裹层组成,包裹层包裹在催化剂的表面,所述催化剂表面含有光催化反应位点,所述包裹层由游离的油酸铵络合物的烷基链与吸附在催化剂表面的油酸铵络合物的烷基链相互穿插形成。金属纳米催化剂表面进行官能化修饰,其目的在于使原来不溶于水的金属纳米催化剂粒子在水溶液中可均匀分散,金属纳米催化剂在海藻酸钠溶液中均匀分散,极大的改善了以往由于金属纳米催化剂粒子与基材相容性差所导致的催化剂负载不稳定和不均匀的问题。与以往的无机载体或聚合物载体相比,海藻酸钠具有很好的亲水性,在Ca2+存在的情况下,极易形成凝胶结构,而凝胶的三维孔洞结构为催化剂提供了负载的空间,同时也为废水中的污染物提供了富集的空间。同时由于海藻酸钠表面具有丰富的羧基和羟基官能团,所以利用离子键和氢键等化学键和物理键作用,可以提高催化剂在海藻酸钠载体内的固着力。作为优选的技术方案:如上所述的催化降解有机物的纳米杂化分子印迹凝胶膜的制备方法,所述混合物包含1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐(EDC-HCl)。加入EDC-HCl的目的是为了促进添加的表面官能化的金属纳米催化剂的均匀分散和稳定,促进交联反应的进行。如上所述的催化降解有机物的纳米杂化分子印迹凝胶膜的制备方法,所述混合物的制备方法为:将海藻酸钠溶液、表面官能化的金属纳米催化剂、分子印迹硅烷及1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐混合后加入Ca2+交联剂混合,所有的混合采用磁力搅拌或机械搅拌进行。如上所述的催化降解有机物的纳米杂化分子印迹凝胶膜的制备方法,所述催化剂与包裹层的质量比为1.40~12.46:100。如上所述的催化降解有机物的纳米杂化分子印迹凝胶膜的制备方法,所述催化剂为纳米二氧化钛、纳米氧化锌、纳米硫化银、纳米银、纳米铂和纳米氧化钨中的一种以上,所述催化剂的平均粒径为5~20nm;所述Ca2+交联剂为钙盐或钙盐与葡萄糖酸内酯反应生成的反应物,所述钙盐为CaCl2、Ca(NO3)2和CaCO3中的一种以上;所述硅烷为异丁基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、二甲基二氯硅烷、二氯二苯基硅烷、三苯基硅烷和双(4-氨基苯氧基)二甲基硅烷中的一种以上;所述待降解有机物为硝基苯、多氯联苯、硝基苯酚、亚甲基蓝、甲基橙、结晶紫、亚硝胺和芳香胺中的一种以上。如上所述的催化降解有机物的纳米杂化分子印迹凝胶膜的制备方法,所述海藻酸钠溶液的浓度为1~2wt%;所述表面官能化的金属纳米催化剂、分子印迹硅烷和1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐的添加量分别为所述海藻酸钠添加量的0.5~5wt%、1~5wt%和0.05~0.25wt%;所述Ca2+交联剂与所述海藻酸钠的摩尔比为1:2~1。表面官能化的金属纳米催化剂的添加量为海藻酸钠添加量的0.5~5wt%,是因为过低的催化剂的添加量导致复合薄膜的光催化性能低,由于表面官能化的催化剂本身具有一定的颜色,过高的催化剂添加会使得薄膜的颜色过深,对于光的吸收和转化变弱,同样会影响光催化的性能。分子印迹硅烷添加量为海藻酸钠添加量的1~5wt%,是因为较低的印迹硅烷添加量会使得最终制得的催化降解有机物的纳米杂化分子印迹凝胶膜的吸附性小,无法达到理想中的专一吸附效果;过高的印迹硅烷添加量同样会使得薄膜固化成型过程出现裂纹和收缩等不利现象。Ca2+交联剂与海藻酸钠的摩尔比为1:2~1,是因为过低的交联剂添加量会使得薄膜的强度低,过高的交联剂添加量会使薄膜在成膜的过程中由于二价金属离子的静电作用发生收缩现象,影响后续的使用。如上所述的催化降解有机物的纳米杂化分子印迹凝胶膜的制备方法,所述刮膜形成均匀的液膜,所述液膜置于恒温恒湿箱中烘干,所述恒温恒湿箱的温度为30~40℃,相对湿度为60~80%。过低的温度或过高的相对湿度环境会加长薄膜的固化时间,对薄膜形成不利;过高的温度或过低的相对湿度环境会导致薄膜失水过快,力学强度降低。如上所述的催化降解有机物的纳米杂化分子印迹凝胶膜的制备方法,所述催化降解有机物的纳米杂化分子印迹凝胶膜的厚度为50~150μm。如上所述的催化降解有机物的纳米杂化分子印迹凝胶膜的制备方法,其特征在于,所述催化降解有机物的纳米杂化分子印迹凝胶膜对待降解有机物的降解率为30~98%。专利技术机理:本专利技术的催化降解有机物的纳米杂化分子印迹凝胶膜,以具有三维孔洞结构的海藻酸钠凝胶为基材,海藻酸钠基材上含有本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.催化降解有机物的纳米杂化分子印迹凝胶膜的制备方法,其特征是:将表面官能化的金属纳米催化剂、海藻酸钠溶液、分子印迹硅烷和Ca2+交联剂的混合物进行刮膜制得催化降解有机物的纳米杂化分子印迹凝胶膜;所述分子印迹硅烷是用待降解有机物分子印迹的硅烷,所述表面官能化的金属纳米催化剂主要由催化剂和包裹层组成,包裹层包裹在催化剂的表面,所述催化剂表面含有光催化反应位点,所述包裹层由游离的油酸铵络合物的烷基链与吸附在催化剂表面的油酸铵络合物的烷基链相互穿插形成。
【技术特征摘要】
1.催化降解有机物的纳米杂化分子印迹凝胶膜的制备方法,其特征是:将表面官能化的金属纳米催化剂、海藻酸钠溶液、分子印迹硅烷和Ca2+交联剂的混合物进行刮膜制得催化降解有机物的纳米杂化分子印迹凝胶膜;所述分子印迹硅烷是用待降解有机物分子印迹的硅烷,所述表面官能化的金属纳米催化剂主要由催化剂和包裹层组成,包裹层包裹在催化剂的表面,所述催化剂表面含有光催化反应位点,所述包裹层由游离的油酸铵络合物的烷基链与吸附在催化剂表面的油酸铵络合物的烷基链相互穿插形成。2.根据权利要求1所述的催化降解有机物的纳米杂化分子印迹凝胶膜的制备方法,其特征在于,所述混合物包含1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐。3.根据权利要求2所述的催化降解有机物的纳米杂化分子印迹凝胶膜的制备方法,其特征在于,所述混合物的制备方法为:将海藻酸钠溶液、表面官能化的金属纳米催化剂、分子印迹硅烷及1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐混合后加入Ca2+交联剂混合,所有的混合采用磁力搅拌或机械搅拌进行。4.根据权利要求3所述的催化降解有机物的纳米杂化分子印迹凝胶膜的制备方法,其特征在于,所述催化剂与包裹层的质量比为1.40~12.46:100。5.根据权利要求4所述的催化降解有机物的纳米杂化分子印迹凝胶膜的制备方法,其特征在于,所述催化剂为纳米二氧化钛、纳米氧化锌、纳米硫化银、纳米银、纳米铂和纳米氧化钨中的一种以上,所述催化剂的平均粒径为5~20nm;所述Ca2+交联剂为钙盐或钙盐与葡萄糖酸内酯...
【专利技术属性】
技术研发人员:纪晓寰,孙宾,朱美芳,相恒学,阚广乾,李晓明,
申请(专利权)人:东华大学,
类型:发明
国别省市:上海,31
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