一种有机-无机复合光催化膜的制备方法技术

本发明专利技术的一种有机‑无机复合光催化膜的制备方法，使用绿色叶片和N，N‑二甲基甲酰胺溶剂制备质量分数6%~12%的绿色叶片提取物的混合溶液；将10～15份的聚氨酯颗粒加入在50~80份混合溶液中，搅拌均匀；将0.5~2份的聚乙二醇完全溶解于5~15份的N，N‑二甲基甲酰胺溶液中，并滴加到绿色的聚氨酯高分子溶液中，超声分散，加入8~15份的纳米二氧化钛，搅拌均匀，消泡，得涂膜液；将涂膜液涂布于离型纸上后浸入水溶液中，待表层的涂膜液完全固化后取出，干燥，将膜与离型纸剥离，得有机‑无机复合光催化膜。本发明专利技术具有以下特点：1.避免自聚、稳定性高、易回收；2.将TiO2薄膜的响应波段拓展到可见光范围，对水体污染物具有良好的降解效果。

Preparation of an Organic-Inorganic Composite Photocatalytic Film

The preparation method of the organic-inorganic composite photocatalytic film of the invention uses green leaves and N, N dimethylformamide solvents to prepare a mixed solution of 6%~12% green leaf extract; adds 10-15 parts of polyurethane particles into 50-80 parts of mixed solution, stirring evenly; dissolves 0.5-2 parts of polyethylene glycol completely in 5-15 parts of N, N dimethylformamide solution. In the solution, and drop into the green polyurethane polymer solution, ultrasonic dispersion, adding 8-15 phr of nano-titanium dioxide, stirring evenly, defoaming, get the coating solution; the coating solution is coated on the separating paper and immersed in the water solution, after the surface coating solution is completely solidified, taken out, dried, the film and the separating paper are peeled off, and the organic-inorganic composite photocatalytic film is obtained. The invention has the following characteristics: 1. avoiding self-agglomeration, high stability and easy recovery; 2. Expanding the response band of the titanium dioxide film to visible light range has good degradation effect on water pollutants.

【技术实现步骤摘要】
一种有机-无机复合光催化膜的制备方法
本专利技术属于有机-无机杂化材料
，尤其涉及一种有机-无机复合光催化膜的制备方法。
技术介绍
环境污染的控制与治理是21世纪人类面临的重大课题。在众多的环境污染治理技术中，半导体光催化技术因其可直接利用太阳光能、对污染物可深度矿化等优点而成为一种理想的环境污染处理技术。其中，纳米TiO2光催化剂因催化活性高、化学性质稳定且无毒，是目前公认的理想的光催化材料，在环境污染物治理方面具有广阔的应用前景。但锐钛矿相二氧化钛的带隙宽度为3.2eV，只能吸收波长小于387nm的紫外光，对太阳光能的利用率仅约4％，且光生载流子易复合，量子产率有待于进一步提高；同时，纳米TiO2在应用中存在难以回收利用问题。其中，染料敏化法在拓展光谱响应特性方面具有非常好的效果，可将TiO2等材料的响应波段拓展到整个可见光范围，使得这些材料的太阳能利用率显著提高，具有广阔的发展前景。叶绿素主要存在于植物体内，是一种天然存在的金属镁卟啉。叶绿素是进行光合作用的主要色素，同时也是自然界中催化光诱导电子转移(PET)过程最丰富的天然可见光催化剂，其光合作用光能转换过程的量子效率几乎是100%，且具有提取方法简单，成本低，无毒，不会造成新的污染等优点，因而成为重要的光敏化剂之一。金属镁卟啉的催化性能除其自身结构影响外，还受卟啉外部环境的影响。金属镁卟啉在催化过程中会产生自聚、催化氧化和无法回收的问题，并最终提高催化活性。中国专利技术专利申请（申请号：201711230515.0）公开了一种“氧化纤维素负载二氧化钛的制备方法”，该方法将纤维素材料置于高碘酸钠溶液中，室温超后静置于恒温水浴槽中，涤后放入丙三醇溶液，洗涤后得到含有醛基的纤维素材料；将其置于去离子水混合溶液，充分洗涤后得到羧基纤维素材料，将此材料放入二氧化钛悬浊液内，得到负载有二氧化钛的纤维素材料；充分洗涤后，浸入叶绿素铜钠溶液，充分洗涤，常温自然干燥，得到材料。制得的氧化纤维材料具有较高的醛基含量，较好的平整度以及较高的产率，二氧化钛敏化后团聚现象较小，且在氧化处理后的纤维材料上分布均匀。但存在纤维素材料光透性差、比表面积较低、无法充分利用光能及有效接触到目标污染物的缺点。因此，针对现有技术中的存在问题，亟需开发一种光利用率高、稳定性好、不易自聚的光催化材料技术以解决现有技术中的不足之处显得尤为重要。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于避免现有技术中的不足之处而提供一种光利用率高、稳定性好、不易自聚、催化效率高的有机-无机复合光催化膜的制备方法。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种有机-无机复合光催化膜的制备方法，所有原料按重量计，步骤1：使用绿色叶片和N，N-二甲基甲酰胺溶剂制备质量分数6%~12%的绿色叶片提取物的混合溶液；利用湿法转相制膜和无机填充改进技术制备二氧化钛薄膜，包括以下步骤：步骤2：将10～15份的聚氨酯颗粒加入在50~80份所述混合溶液中，在25~40℃的条件下磁力搅拌6~8小时使其完全溶解，得到绿色的聚氨酯高分子溶液；步骤3：将0.5~2份的聚乙二醇完全溶解于5~15份的N，N-二甲基甲酰胺溶液中，并滴加到所述绿色的聚氨酯高分子溶液中，在25℃的条件下超声分散0.5小时，使其均匀的分散在聚氨酯高分子溶液中，得到含有聚乙二醇的聚氨酯高分子溶液；步骤4：在所述含有聚乙二醇的聚氨酯高分子溶液中加入8~15份的纳米二氧化钛，搅拌均匀，使提取物中的叶绿素均匀吸附在二氧化钛粉体上，静置2~3小时消泡，得涂膜液；步骤5：将所述涂膜液涂布于离型纸上，并迅速浸入水溶液中，待表层的涂膜液完全固化后取出，干燥，剥离所述离型纸，得绿色叶片中提取物修饰的二氧化钛薄膜，即有机-无机复合光催化膜。通过湿法转相制膜和无机填充改进技术，使绿色叶片提取物和二氧化钛薄膜复合。实现在常温、低能耗、无污染的条件下简单方便地将叶绿素引入二氧化钛薄膜的表面及内部孔隙中，对二氧化钛薄膜进行改性修饰，不仅拓宽了二氧化钛的光谱响应范围，显著提高太阳能利用率，并且具有回收方便、稳定性好、可反复使用、工艺简单、成本低廉、易于控制、适于工业化生产的特点。优选的，步骤1中，采用超声波萃取法从新鲜的绿色叶片中提取所需的提取物。更优选的，步骤1中，将6~8份新鲜、干净的绿色叶片切成长条状置于70~90份N，N-二甲基甲酰胺中，用超声波清洗器浸泡提取，过滤后得到含有绿色叶片提取物的混合溶液。进一步的，所述绿色叶片为表面含较少蜡质的叶片。更进一步的，所述绿色叶片为菠菜、拟南芥、绿萝或绿茶叶片。所述绿色叶片的宽度为1~3mm；所述超声波清洗器浸泡提取时间为60~75min。优选的，步骤2所述聚氨酯颗粒为聚酯型热塑性聚氨酯颗粒和/或聚醚型热塑性聚氨酯颗粒，所述聚氨酯颗粒的邵氏硬度为85A～95A。优选的，步骤3所述的聚乙二醇为聚乙二醇4000或聚乙二醇6000。优选的，步骤3所述超声分散时间为0.5小时。优选的，步骤4所述纳米二氧化钛为纳米二氧化钛P25粉体。更优选的，步骤4中所述的纳米二氧化钛P25为锐钛矿和金红石的重量比大约为71/29的二氧化钛。步骤5中，涂布于离型纸上的涂膜液厚度为0.02～0.05mm。由此，将无机组分与具有特殊活性的有机组分复合，将在可见光范围内有着强吸收的绿色叶片提取物负载于具有良好光催化活性的TiO2薄膜上，使原来的有机活性组分性能得到充分的发挥，两者形成的“有机-无机”复合光敏催化材料不仅可以拓宽TiO2的光谱响应范围，提高其采光效率，从而制备出性能优异的功能材料。而且绿色叶片提取物中的叶绿素负载后不容易自聚、性质稳定、回收方便。本专利技术的目的之二在于提供一种有机-无机复合光催化膜在紫外光和/或可见光照射下降解水中有机污染物的应用。本专利技术的目的之三在于提供一种有机-无机复合光催化膜在紫外光和/或可见光照射下杀菌消毒的应用。本专利技术的有益效果：本专利技术的一种有机-无机复合光催化膜的制备方法，使用绿色叶片和N，N-二甲基甲酰胺溶剂制备质量分数6%~12%的绿色叶片提取物的混合溶液；将10～15份的聚氨酯颗粒加入在50~80份混合溶液中，搅拌均匀；将0.5~2份的聚乙二醇完全溶解于5~15份的N，N-二甲基甲酰胺溶液中，并滴加到绿色的聚氨酯高分子溶液中，超声分散，加入8~15份的纳米二氧化钛，搅拌均匀，消泡，得涂膜液；将涂膜液涂布于离型纸上后浸入水溶液中，待表层的涂膜液完全固化后取出，干燥，将膜与离型纸剥离，得有机-无机复合光催化膜。由此，实现将绿色叶片提取物固载在二氧化钛薄膜的表面和内部孔洞结构中。与现有技术相比，本专利技术具有以下特点：1.避免了金属镁卟啉的自聚以及氧化分解，提高了金属镁卟啉的稳定性；解决了非均相金属镁卟啉催化剂回收难的问题，延长了催化剂的使用寿命；2.采用绿色叶片提取物中的叶绿素作为光敏化剂，将TiO2薄膜的响应波段拓展到可见光范围，使得制备的薄膜对可见光有很好的吸收，显著地提高了太阳能的利用率，对水体污染物，特别是有机染料，具有良好的降解效果，拥有广阔的发展前景；3.本专利技术的制备方法绿色环保、取材方便、方法简单、成本低廉、反应条件温和、过程易于操作，符合绿色化学和可持续发展的要求。附图说明利用附图对本专利技术作进一步说明，但附图中的实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种有机‑无机复合光催化膜的制备方法，所有原料按重量计，包括以下步骤：步骤1：使用绿色叶片和N，N‑二甲基甲酰胺制备质量分数6%~12%的绿色叶片提取物的混合溶液；步骤2：将10～15份聚氨酯颗粒加入在50~80份所述混合溶液中，搅拌均匀，得绿色的聚氨酯高分子溶液；步骤3：将0.5~2份聚乙二醇完全溶解于5~15份的N，N‑二甲基甲酰胺溶液中，并滴加到所述绿色的聚氨酯高分子溶液中，超声分散，得含有聚乙二醇的聚氨酯高分子溶液；步骤4：在所述含有聚乙二醇的聚氨酯高分子溶液中加入8~15份纳米二氧化钛，搅拌均匀，消泡，得涂膜液；步骤5：将所述涂膜液涂布于离型纸上后浸入水溶液中，待表层的涂膜液完全固化后取出，干燥，剥离所述离型纸，得有机‑无机复合光催化膜。

【技术特征摘要】
1.一种有机-无机复合光催化膜的制备方法，所有原料按重量计，包括以下步骤：步骤1：使用绿色叶片和N，N-二甲基甲酰胺制备质量分数6%~12%的绿色叶片提取物的混合溶液；步骤2：将10～15份聚氨酯颗粒加入在50~80份所述混合溶液中，搅拌均匀，得绿色的聚氨酯高分子溶液；步骤3：将0.5~2份聚乙二醇完全溶解于5~15份的N，N-二甲基甲酰胺溶液中，并滴加到所述绿色的聚氨酯高分子溶液中，超声分散，得含有聚乙二醇的聚氨酯高分子溶液；步骤4：在所述含有聚乙二醇的聚氨酯高分子溶液中加入8~15份纳米二氧化钛，搅拌均匀，消泡，得涂膜液；步骤5：将所述涂膜液涂布于离型纸上后浸入水溶液中，待表层的涂膜液完全固化后取出，干燥，剥离所述离型纸，得有机-无机复合光催化膜。2.根据权利要求1所述的一种有机-无机复合光催化膜的制备方法，其特征在于：步骤1中，将6~8份新鲜、干净的绿色叶片切成长条状置于70~90份N，N-二甲基甲酰胺中，用超声波清洗器浸泡提取，过滤后得到含有绿色叶片提取物的混合溶液。3.根据权利要求2所述的一种有机-无机复合光催化膜的制备方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：周虎，王晓虹，王桃芬，曾坚贤，陈雷，熊一帜，左宇璐，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43