一种Ti@BiOI-pDA@CA自清洁膜的仿生构建方法及其用途技术

本发明专利技术属环境功能材料制备技术领域，特指一种Ti@BiOI‑pDA@CA自清洁膜的仿生构建方法和用途。以聚多巴胺改性CA粉末(pDA@CA)为膜基质，Ti@BiOI为光催化剂，通过相转化法制备自清洁膜Ti@BiOI‑pDA@CA，并用于去除溶液中的BPA。本发明专利技术所得的膜材料提高了Ti@BiOI光催化剂与pDA@CA膜的兼容性，并进一步提高了自清洁膜的光催化性能、抗污染性以及抗菌能力，同时将光催化技术与膜分离技术耦合制备的具有光催化功能的复合膜有效地减缓膜污染，便于连续操作，易于回收，优于粉体催化剂，促进了它的实际应用。

A Biomimetic Construction Method of Ti@BiOI-pDA@CA Self-cleaning Membrane and Its Application

The invention belongs to the technical field of preparation of environmental functional materials, in particular to a bionic construction method and application of Ti@BiOI_pDA@CA self-cleaning membrane. The self-cleaning film Ti@BiOI_pDA@CA was prepared by phase inversion using polydopamine modified CA powder (pDA@CA) as membrane matrix and Ti@BiOI as photocatalyst, and was used to remove BPA from solution. The membrane material of the invention improves the compatibility of Ti@BiOI photocatalyst with pDA@CA membrane, and further improves the photocatalytic performance, anti-pollution and anti-bacterial ability of self-cleaning membrane. At the same time, the composite membrane with photocatalytic function prepared by coupling photocatalytic technology with membrane separation technology can effectively reduce membrane pollution, facilitate continuous operation, easy recovery, and is superior to powder catalyst. It has been applied in practice.

【技术实现步骤摘要】
一种Ti@BiOI-pDA@CA自清洁膜的仿生构建方法及其用途
本专利技术属环境功能材料制备
，特指一种Ti@BiOI/pDA@CA自清洁膜的仿生构建方法和用途。
技术介绍
含酚废水是一种污染范围广、水量大、危害十分严重的工业废水，主要来源于石油化工、煤化工、苯酚生产及酚醛树脂生产厂、焦化厂、制药厂等，是我国需要重点治理的有害废水之一。大量含酚废水的排放加剧了生态环境的恶化，人类或动物摄入环境和食品中的酚类化合物，其体内的荷尔蒙功能和生理系统就会发生紊乱，即使在酚类化合物含量很低的情况下，仍会对生物体内激素的合成、释放、作用等产生影响，进而造成机体的生殖、发育及行为异常，严重的则会致癌、致畸、致突变，威胁人类的健康和生存。目前，已有多种处理甲含酚废水的方法，其中光催化技术已经被公认是最有前景的绿色环境净化技术之一。然而，在已知的光催化剂中，光催化剂的效率最高的通常是纳米颗粒，其反应溶液的分离和回收是推进其商业应用的主要技术障碍。近年来，将光催化技术与膜分离技术耦合制备的具有光催化功能的复合膜能高效地去除污染物，绿色环保。将这两种技术耦合的方式，不但有效地减缓膜污染，而且分离膜作为支撑体能有效解决光催化剂光的利用率降低、难以重复利用问题，从而进一步地促进了它的实际应用。但是传统的光催化膜耦合方法有明显的缺点，如共混制膜过程当中，大多数催化剂与膜材料的兼容性不好，如醋酸纤维素(CA)膜在聚合物上缺乏活性官能团，无机相和聚合物基质之间的弱化学相互作用(如氢键、范德华和静电相互作用)可能会影响纳米复合的粘附，导致光催化剂易团聚，影响光催化性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是拟用醋酸纤维素、DA、Ti@BiOI制备一种Ti@BiOI-pDA@CA自清洁膜，并将其应用于微量污染物双酚A(BPA)的高效去除。本专利首次通过多巴胺(DA)改性CA粉末，DA中的邻苯二酚基团能够通过螯合作用结合金属，保证了Ti@BiOI-pDA纳米材料的结构稳定性，并抑制了Ti@BiOI纳米材料的浸出。重要的是，pDA具有良好的紫外线、可见光吸附能力以及良好的可见光照射下光电导性，有效地避免半导体催化剂的电子空穴复合，提高光催化活性。一种Ti@BiOI-pDA@CA自清洁膜的仿生构建方法，包括如下步骤：(1)复合光催化剂(Ti@BiOI)的制备:称取五水硝酸铋(Bi(NO3)3·5H2O)分散于乙醇中，超声，得到Bi(NO3)3·5H2O分散液；称取KI溶解于去离子水中，缓慢滴加KI溶液至Bi(NO3)3·5H2O分散液中并剧烈搅拌一段时间，随后滴入四异丙醇钛，搅拌，置于反应釜中进行水热反应，反应结束后冷却，洗涤，离心分离，干燥，最终得到复合光催化剂，记为Ti@BiOI；(2)pDA@CA复合材料的制备：称取Tris-HCl溶解于去离子水中，调节溶液pH，然后将CA粉末、乙醇、多巴胺DA依次加入上述Tris-HCl溶液中，得到聚多巴胺pDA改性CA粉末，真空干燥，得到pDA@CA；(3)Ti@BiOI-pDA@CA自清洁膜的仿生制备：将步骤(1)制得的Ti@BiOI催化剂以及步骤(2)制得的pDA@CA粉末依次加入二甲亚砜(DMSO)中，机械搅拌均匀，得到铸膜液，刮膜，即得到共混膜Ti@BiOI-pDA@CA。步骤(1)中，Bi(NO3)3·5H2O和KI的摩尔浓度比为1:1；步骤(1)中，搅拌为磁力搅拌，时间为0.5-1.5h；步骤(1)中，水热反应的温度为170～190℃，反应时间为1.0～3.0h。步骤(2)中，Tris-HCl溶液的浓度为0.605mg/mL，pH＝8.5，Tris-HCl、CA、DA的质量比为0.605:20:1，去离子水与乙醇的体积比为30:1，改性时间4.0～8.0h，真空干燥温度为40～60℃，干燥时间为12～24h；步骤(3)中，Ti@BiOI催化剂和pDA@CA粉末的总质量与DMSO的质量比为13:87，其中Ti@BiOI催化剂与pDA@CA粉末的质量为2:11，机械搅拌时间为6.0～10h。BiOI的制备过程与上述步骤(1)相同，只是不滴入四异丙醇钛；BiOI-CA的制备方法与上述的区别在于，步骤(1)中不加四异丙醇钛，步骤(2)中不加多巴胺DA；Ti@BiOI-CA的制备方法与上述的区别在于，步骤(2)中不加多巴胺DA；BiOI-pDA@CA的制备方法与上述的区别在于，骤(1)中不加四异丙醇钛；上述的技术方案中所述的乙醇，能够将CA粉末充分分散在pH＝8.5的Tris-HCl溶液中。将本专利技术制得的Ti@BiOI-pDA@CA仿生复合催化膜用于污染物BPA的高效去除。本专利技术的有益效果为：(1)适量Ti掺杂，可以将Tidxy键整合到BiOI的局部导带中，从而有效的抑制电子空穴对的复合，从而有效提高了光催化性能，提高对目标物质的降解率。(2)利用DA对CA粉末改性，DA中的邻苯二酚基团能够通过螯合作用结合金属，保证了Ti@BiOI-pDA纳米材料的结构稳定性，并抑制了Ti@BiOI纳米材料的浸出。该方法制得的膜解决了传统共混催化膜中催化剂与膜基质兼容性差的问题。并且pDA具有良好的紫外线、可见光吸附能力以及良好的可见光照射下光电导性，有效地避免半导体催化剂的电子空穴复合，进一步提高光催化活性。(3)光催化技术与膜分离技术相结合，不仅能解决粉末催化剂分离回收难的问题，同时也能够减轻膜污染问题。附图说明图1(a)和(b)分别为所制备BiOI和Ti@BiOI透射电镜图。图2为各种自清洁膜及本专利技术所制备的Ti@BiOI-pDA@CA自清洁膜光催化去除BPA实验。图3为各种自清洁膜及本专利技术所制备的Ti@BiOI-pDA@CA自清洁膜的抗菌性能测试。图4为各种自清洁膜及本专利技术所制备的Ti@BiOI-pDA@CA自清洁膜的抗污性能测试。具体实施方式下面结合说明书和具体实施实例对本专利技术做进一步说明。本专利技术以铸膜液总质量为10g为例。实施例1Ti@BiOI-pDA@CA仿生复合催化膜的制备(1)pDA@CA复合材料的制备首先，将0.1815gTris-HCl溶解于300mL去离子水中，调节溶液的pH＝8.5制得缓冲溶液；然后将6.0gCA粉末、10mL无水乙醇、0.3gDA置于上述溶液中，室温下搅拌6.0h，抽滤，所得粉末用去离子水洗涤，然后40℃真空干燥至恒重，得到多巴胺改性的CA粉末。(2)Ti@BiOI-pDA@CA仿生复合催化膜的制备首先，称取200mgTi@BiOI催化剂、1.1gpDA@CA溶于8.7gDMSO中，然后在50℃条件下机械搅拌8.0h至溶解均匀得到铸膜液，于50℃下保温静置4.0h，脱去搅拌产生的气泡，将铸膜液平铺于玻璃板上，用玻璃棒刮出2.0mm厚度的膜，30s后缓慢将其浸入去离子水中，浸泡30min后取出，即得Ti@BiOI-pDA@CA仿生复合催化膜，储存于去离子水中备用。(3)在光照条件下，Ti@BiOI-pDA@CA仿生复合催化膜的去除BPA实验a.配制浓度为5.0mg/L的双酚A(BPA)溶液，将配好的溶液置于暗处；b.取一片制备好的Ti@BiOI-pDA@CA仿生复合催化膜置于光催化反应器中，加入50mL步骤a所配好的目标降解液，打开循环水源，光源，进行光照条件下去除实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Ti@BiOI‑pDA@CA自清洁膜的仿生构建方法，其特征在于，按以下步骤进行：(1)复合光催化剂(Ti@BiOI)的制备:称取五水硝酸铋分散于乙醇中，超声，得到Bi(NO3)3·5H2O分散液；称取KI溶解于去离子水中，缓慢滴加KI溶液至Bi(NO3)3·5H2O分散液中并剧烈搅拌一段时间，随后滴入四异丙醇钛，搅拌，置于反应釜中进行水热反应，反应结束后冷却，洗涤，离心分离，干燥，最终得到复合光催化剂，记为Ti@BiOI；(2)pDA@CA复合材料的制备：称取Tris‑HCl溶解于去离子水中，调节溶液pH，然后将CA粉末、乙醇、多巴胺依次加入上述Tris‑HCl溶液中，得到聚多巴胺pDA改性CA粉末真空干燥，得到pDA@CA；(3)Ti@BiOI‑pDA@CA自清洁膜的仿生制备：将步骤(1)制得的Ti@BiOI催化剂以及步骤(2)制得的pDA@CA粉末依次加入二甲亚砜(DMSO)中，机械搅拌均匀，得到铸膜液，刮膜，即得到共混膜Ti@BiOI‑pDA@CA。

【技术特征摘要】
1.一种Ti@BiOI-pDA@CA自清洁膜的仿生构建方法，其特征在于，按以下步骤进行：(1)复合光催化剂(Ti@BiOI)的制备:称取五水硝酸铋分散于乙醇中，超声，得到Bi(NO3)3·5H2O分散液；称取KI溶解于去离子水中，缓慢滴加KI溶液至Bi(NO3)3·5H2O分散液中并剧烈搅拌一段时间，随后滴入四异丙醇钛，搅拌，置于反应釜中进行水热反应，反应结束后冷却，洗涤，离心分离，干燥，最终得到复合光催化剂，记为Ti@BiOI；(2)pDA@CA复合材料的制备：称取Tris-HCl溶解于去离子水中，调节溶液pH，然后将CA粉末、乙醇、多巴胺依次加入上述Tris-HCl溶液中，得到聚多巴胺pDA改性CA粉末真空干燥，得到pDA@CA；(3)Ti@BiOI-pDA@CA自清洁膜的仿生制备：将步骤(1)制得的Ti@BiOI催化剂以及步骤(2)制得的pDA@CA粉末依次加入二甲亚砜(DMSO)中，机械搅拌均匀，得到铸膜液，刮膜，即得到共混膜Ti@BiOI-pDA@CA。2.根据权利要求1所述的一种Ti@BiOI-pDA@CA自清洁膜的仿生构建方法，其特征在于，步骤(1)中，Bi(NO3)3·5H2O和KI的摩尔浓度比为1:1。...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔颜华，杨丽丽，王增凯，郑健，李彬榕，孟敏佳，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32