半导体/聚合物复合材料的可见光光催化剂、其应用及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种半导体/聚合物复合材料的可见光光催化剂、其应用及制备方法，采用熔融混合法将纳米g‑C3N4负载固定在废弃的塑料材料上，制成有型、易循环的可见光光催化剂，用于填充床光催化反应器中，以降解水中染料罗丹明B难降解有机污染物，以消除半导体光催化剂纳米粉末光催化剂直接使用所存在的各种弊端；同时，使废弃塑料重新得到利用，使废料变成有用原料，减少环境污染，取得减污控污的一举两得的效果。本发明专利技术催化剂材料质量高，催化能力有保障，催化剂制备工艺简单、易于控制、成本低廉，能实现废弃塑料的回用，利用废弃物和常规化学原料制备污水处理的可见光催化材料，环境友好，用废治废，实现材料资源利用的最大化。

Visible-light photocatalyst for semiconductor/polymer composites, its application and preparation methods

The invention discloses a visible-light photocatalyst for semiconductor/polymer composite, its application and preparation method. The nano-g_C3N4 loaded on the waste plastic material is fixed by melt mixing method to form a visible-light photocatalyst which is easy to recycle and is used in a packed-bed photocatalyst reactor to degrade dyeing in water. Rhodamine B is difficult to degrade organic pollutants to eliminate the shortcomings of direct use of semiconductor photocatalyst nano-powder photocatalyst. At the same time, waste plastics are reused, waste materials become useful raw materials, reduce environmental pollution, and achieve the effect of reducing pollution and controlling pollution at one stroke. The catalyst material of the invention has high quality, guaranteed catalytic ability, simple catalyst preparation process, easy control and low cost, and can realize the reuse of waste plastics. The visible photocatalytic material for sewage treatment is prepared by using waste and conventional chemical raw materials, which is environmentally friendly and can treat waste with waste, so as to realize the maximum utilization of material resources. Change.

【技术实现步骤摘要】
半导体/聚合物复合材料的可见光光催化剂、其应用及制备方法
本专利技术涉及一种复合材料光催化剂、其应用及制备方法，特别是还涉及一种聚合物基复合材料光催化剂、其应用及制备方法，应用于光催化材料制备与应用
，以及难降解有机污染物废水的处理方法。
技术介绍
光催化技术作为一种新型环境友好催化技术，在环境治理、新能源开发以及有机物合成等领域的应用受到越来越多的关注。尤其在环境治理方面，光催化氧化技术正逐渐成为传统污染治理技术的替代或补充技术。它最大的优势在于光催化氧化反应一般在常温、常压下进行，能有效降解，乃至彻底分解水或空气中的有机污染物，使其矿化为CO2和H2O等简单无机物。此外，光催化氧化技术的终极目标是利用太阳能为光源催化氧化去除环境污染物，与其它传统的污染治理技术相比，它节省了其它能源的耗用，有利于缓解日益严重的能源危机。g-C3N4的禁带宽度为2.7eV，具有良好的可见光吸收响应及光生空穴和电子的氧化与还原能力，可分解有机物分子中多种基团。g-C3N4具有制备方法简单、化学和热稳定性高、环境友好和制备成本低等优点，这些特点使g-C3N4成为一种具有良好催化活性的可见光光催化剂。然而，g-C3N4纳米粉末光催化剂如直接用于废水处理，存在纳米粉末催化剂易流失，造成物料浪费和对环境产生不利影响的危害；同时，纳米粉末催化剂易团聚，造成催化活性降低，又因纳米粉末催化剂回收困难，造成重复使用难以实现，从而导致实际应用的障碍。随着塑料工业的迅猛发展,塑料的生产量猛增，也造成消费使用后的废塑料量与日俱增。据报道，从1990年起，全世界对塑料的需求量以每年5％的增长率在增加。塑料用量的增加必然导致废弃塑料量的增加。据估计，50-70％的塑料废物是由PE(聚乙烯)，PP(聚丙烯)和PS(聚苯乙烯)制成的包装材料，它们一般质轻体积大。目前，废弃塑料的主要处置方法有:填埋和焚烧。由于一般塑料制品的原料是高分子树脂，具有极高的稳定性，在自然环境中难以降解,可在环境中长期存在。废弃塑料产生量大、长期日积月累，会给自然生态环境造成严重灾难。废塑料填埋的处置方法显然不是一个适当和有效的方法。塑料在焚烧过程中不可避免地会产生一些有害的二次污染物,如SO2、HCl、HCN、PCDFS(多氯二苯并呋喃)和PCA(多环芳香族化合物)等，因此，废弃塑料的直接焚烧处置也不是适当和经济的方法。开发出废弃塑料的各种综合利用方法才是处理处置废弃塑料的最好途径。但至今未见以废弃塑料和化学品尿素为原料，采用浸渍法制备易循环半导体/聚合物复合材料的可见光光催化剂的制备方法以及模块形式的半导体/聚合物复合材料可见光光催化剂的文献报道。
技术实现思路
为了解决现有技术问题，本专利技术的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种半导体/聚合物复合材料的可见光光催化剂、其应用及制备方法，采用熔融混合法将纳米g-C3N4负载固定在废弃的塑料材料上，制成有型、易循环的可见光光催化剂，用于填充床光催化反应器中，以降解水中染料罗丹明B难降解有机污染物，以消除半导体光催化剂纳米粉末光催化剂直接使用所存在的各种弊端；同时，使废弃塑料重新得到利用，使废料变成有用原料，减少环境污染，取得减污控污的一举两得的效果。本专利技术催化剂材料质量高，催化能力有保障，催化剂制备工艺简单，易于控制，成本低廉。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种半导体/聚合物复合材料的可见光光催化剂，以聚合物作为载体基质，将粉末状半导体可见光光催化材料作为可见光光催化剂活性点位材料，将粉末状半导体可见光光催化材料颗粒均匀分散分布并连接固定在聚合物表面，使聚合物表面形成可见光光催化剂的活性点位的表界面，作为催化剂载体模块基体的所述聚合物材料采用最大长度尺寸不大于3cm的块状形式。作为本专利技术优选的技术方案，所述可见光光催化材料采用粒度直径不大于100nm的g-C3N4石墨相氮化碳粉末，聚合物采用EPE、PP、PS和PVC中的任意一种或任意几种材料的混合物材料，形成g-C3N4/聚合物复合材料。作为本专利技术优选的技术方案，以单位聚合物表面面积的半导体可见光光催化材料颗粒的固化量计算，所述聚合物的可见光光催化材料负载量不大于0.011g/cm2。作为本专利技术优选的技术方案，粉末状半导体可见光光催化材料颗粒采用嵌入式连接固定在聚合物表面的方式，使粉末状半导体可见光光催化材料颗粒局部与聚合物表面紧密连接固定，从聚合物表面突出裸露的半导体可见光光催化材料颗粒部分形成可见光光催化剂活性点位的表界面。作为本专利技术优选的技术方案，粉末状半导体可见光光催化材料颗粒从聚合物基体表面突出裸露的部分的高度不高于粉末状半导体可见光光催化材料颗粒整体高度的80％。一种本专利技术半导体/聚合物复合材料的可见光光催化剂的应用，将半导体/聚合物复合材料作为可见光光催化剂，在主要波长为400nm＜λ＜800nm的光照条件和半导体/聚合物复合材料共存的条件下，能使待处理的水溶液中的难降解有机物罗丹明B发生降解。一种利用本专利技术半导体/聚合物复合材料的可见光光催化剂的填充床光催化反应器，所述反应器能竖直放置使用，所述反应器采用透明材料制成的反应器壁，采用的填充床光催化反应器内的床层高度不大于500mm，反应器的柱体外径不大于80mm，反应器的壁厚不大于3mm，反应器中上下隔板上的孔径皆不大于7mm；将块状聚合物表面负载粉末状半导体可见光光催化材料颗粒的半导体/聚合物复合材料的可见光光催化剂作为填充物装入反应器的腔室中，形成可见光光催化剂的填充床，反应器的顶端设有待处理污水入口，反应器的底端设有降解后水体的流出口，采用上进下出的进出水方式，利用水体重力作用，在主要波长为400nm＜λ＜800nm的光照条件下，使待处理污水流经反应器内可见光光催化剂的填充床进行降解处理。作为本专利技术优选的技术方案，待处理污水流经反应器内可见光光催化剂的填充床进行降解处理，并控制在常温和常压下进行。作为本专利技术优选的技术方案，利用水体重力作用，并结合在外管路辅助和循环泵的推动下，使流经反应器内可见光光催化剂的填充床的水体进行连续循环运行。作为本专利技术优选的技术方案，采用人工可见光光源，对反应器内可见光光催化剂的填充床进行照射。作为本专利技术优选的技术方案，采用功率不高于150W的圆环形白色LED光源对反应器内可见光光催化剂的填充床进行照射。作为本专利技术优选的技术方案，反应器的作为填充物的所述半导体/聚合物复合材料可更换或循环利用。一种本专利技术半导体/聚合物复合材料的可见光光催化剂的制备方法，采用浸渍法和熔融混合法制备纳米g-C3N4/聚合物复合材料作为可见光光催化剂，具体步骤如下：a.采用尿素作为初始原料，称取适量尿素放入带盖的陶瓷坩埚中，在陶瓷坩埚上盖上盖子并放在马弗炉中，升温到不低于550℃的目标温度后，在目标温度下进行保温至少3小时，采用热聚合方法合成g-C3N4纳米粉末，然后将经过热处理得到的产物冷却至室温，得到淡黄色块状的g-C3N4纳米材料，再将其研碎，从而得g-C3N4纳米粉末；b.按照在100mL水中至少加入0.5g由上述步骤a制得的g-C3N4纳米粉末的混合比例标准，称取适量的g-C3N4纳米粉末，加入到二次蒸馏水中，对混合液进行超声处理至少10分钟，形成g-C3N4悬浮液本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体/聚合物复合材料的可见光光催化剂，其特征在于：以聚合物作为载体基质，将粉末状半导体可见光光催化材料作为可见光光催化剂活性点位材料，将粉末状半导体可见光光催化材料颗粒均匀分散分布并连接固定在聚合物表面，使聚合物表面形成可见光光催化剂的活性点位的表界面，作为催化剂载体模块基体的所述聚合物材料采用最大长度尺寸不大于3cm的块状形式。

【技术特征摘要】
1.一种半导体/聚合物复合材料的可见光光催化剂，其特征在于：以聚合物作为载体基质，将粉末状半导体可见光光催化材料作为可见光光催化剂活性点位材料，将粉末状半导体可见光光催化材料颗粒均匀分散分布并连接固定在聚合物表面，使聚合物表面形成可见光光催化剂的活性点位的表界面，作为催化剂载体模块基体的所述聚合物材料采用最大长度尺寸不大于3cm的块状形式。2.根据权利要求1所述半导体/聚合物复合材料的可见光光催化剂，其特征在于：所述可见光光催化材料采用粒度直径不大于100nm的g-C3N4石墨相氮化碳粉末，聚合物采用EPE、PP、PS和PVC中的任意一种或任意几种材料的混合物材料，形成g-C3N4/聚合物复合材料。3.根据权利要求1所述半导体/聚合物复合材料的可见光光催化剂，其特征在于：以单位聚合物表面面积的半导体可见光光催化材料颗粒的固化量计算，所述聚合物的可见光光催化材料负载量不大于0.011g/cm2。4.根据权利要求1所述半导体/聚合物复合材料的可见光光催化剂，其特征在于：粉末状半导体可见光光催化材料颗粒采用嵌入式连接固定在聚合物表面的方式，使粉末状半导体可见光光催化材料颗粒局部与聚合物表面紧密连接固定，从聚合物表面突出裸露的半导体可见光光催化材料颗粒部分形成可见光光催化剂活性点位的表界面。5.根据权利要求4所述半导体/聚合物复合材料的可见光光催化剂，其特征在于：粉末状半导体可见光光催化材料颗粒从聚合物基体表面突出裸露的部分的高度不高于粉末状半导体可见光光催化材料颗粒整体高度的80％。6.一种利用权利要求1所述半导体/聚合物复合材料的可见光光催化剂的应用，其特征在于：将半导体/聚合物复合材料作为可见光光催化剂，在主要波长为400nm＜λ＜800nm的光照条件和半导体/聚合物复合材料共存的条件下，能使待处理的水溶液中的难降解有机物罗丹明B发生降解。7.一种利用权利要求1所述半导体/聚合物复合材料的可见光光催化剂的填充床光催化反应器，其特征在于：所述反应器能竖直放置使用，所述反应器采用透明材料制成的反应器壁，采用的填充床光催化反应器内的床层高度不大于500mm，反应器的柱体外径不大于80mm，反应器的壁厚不大于3mm，反应器中上下隔板上的孔径皆不大于7mm；将块状聚合物表面负载粉末状半导体可见光光催化材料颗粒的半导体/聚合物复合材料的可见光光催化剂作为填充物装入反应器的腔室中，形成可见光光催化剂的填充床，反应器的顶端设有待处理污水入口，反应器的底端设有降解后水体的流出口，采用上进下出的进出水方式，利用水体重力作用，在主要波长为400nm＜λ＜800nm的光照条件下，使待处理污水流经反应器内可见光光催化剂的填充床进行降解处理。8.根据权利要求7所述填充床光催化反应器，其特征在于：待处理污水流经反应器内可见光光催化剂的填充床进行降解处理，并控制在常温和常压下进行。9.根据权利要求7所述填充床光催化反应器，其特征在于：利用水体重力作用，并结合在外管路辅助和循环泵的推动下，使流经反应器内可见光光催化剂的填充床的水体进行连续循环运行。10.根据权利要求7所述填充床光催化反应器，其特征在于：采用人工可见光光源，对反应器内可见光光催化剂的填充床进行照射。11.根据权利要求7所述填充床光催化反应器，其特征在于：采用功率不高于150W的圆环形白色LED光源对反应器内可见光光催化剂的填充床进行照射。12.根据权利要求7所述填充床光催化反应器，其特征在于：反应器的作为填充物的所述半导体/聚合物复合材料可更换或循环利用。13.一种权利要求1所述半导体/聚合物复合材料的可见光光催化剂的制备方法，其特征在于，采用浸渍法和熔融混合法制备纳米g-C3N4/聚合物复合材料作为可见光光催化剂，具体步骤如下：a.采用尿素...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡龙兴，胡海明，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海,31