一种用于污染海水淡化的复合材料及其制备方法技术

一种用于污染海水淡化的复合材料的制备方法，包括如下步骤：步骤1、制备二氧化钛纳米材料：所述二氧化钛纳米材料为大面积双通二氧化钛纳米管阵列薄膜；步骤2、制备银氨溶液和葡萄糖溶液；步骤3、制备银纳米粒子修饰的二氧化钛纳米复合材料：利用步骤2制备的银氨溶液和葡萄糖溶液将银纳米粒子修饰到步骤1所述的二氧化钛纳米材料上；本发明专利技术的方法操作简便，成本费用低，可控性强；本发明专利技术使用所修饰的银纳米粒子在实际环境中应用和储存时会产生氧化银和氯化银薄层，一方面能够使得纳米粒子的结构更为稳定，另一方面能够使得银纳米粒子所处的环境介电常数更为丰富，拓宽其可利用的光谱范围。

A Composite Material for Polluted Seawater Desalination and Its Preparation Method

The preparation method of a composite material for contaminated seawater desalination includes the following steps: step 1, preparation of titanium dioxide nanomaterials: the titanium dioxide nanomaterials are large-area double-pass titanium dioxide nanotube array films; step 2, preparation of silver ammonia solution and glucose solution; step 3, preparation of titanium dioxide nanocomposites modified by silver nanoparticles: preparation by step 2 The prepared silver ammonia solution and glucose solution modify the silver nanoparticles onto the titanium dioxide nanomaterials described in step 1. The method of the present invention is simple to operate, low cost and strong controllability. When the modified silver nanoparticles are applied and stored in the actual environment, silver oxide and silver chloride thin layers can be produced, which on the one hand can make the structure of the nanoparticles more stable. On the other hand, it can enrich the environmental permittivity of silver nanoparticles and broaden the available spectral range.

【技术实现步骤摘要】
一种用于污染海水淡化的复合材料及其制备方法
本专利技术属于漂浮型薄膜
，具体涉及一种用于污染海水淡化的复合材料及其制备方法。
技术介绍
随着社会经济的不断发展，传统能源日益枯竭，淡水资源紧缺以及环境污染等问题变得越发严峻。太阳能作为一种清洁的可持续的能源一直受到科研人员的重视，目前很多研究聚焦于利用太阳能进行海水淡化以在能源危机的背景下解决淡水资源短缺的问题。近年来，界面光蒸汽转化作为一种新型光热转化机制，通过合适的光吸收材料进行高效的太阳能光热转化，以实现淡化海水的目的。其中等离激元吸收材料借助金属纳米粒子的表面等离子体共振效应使得整体材料具有高效的光吸收和光蒸汽转化效率。单颗等离激元金属纳米颗粒如银纳米粒子只能吸收其共振峰周围的窄带光，通过特殊的设计如将纳米粒子密集地修饰到三维多孔结构中及在纳米周围粒子生长的氧化薄层或氯化薄层可以通过等离子体共振耦合或环境介电常数的变化使其可利用光谱范围显著拓宽。同时，纳米粒子的SPR效应可提升局域电场强度，从而激发更多的热载流子。一方面，这些热载流子的能量衰减可以引起该结构及与其直接接触的环境温度的显著提升。另一方面，热电子向二氧化钛的转移可以促进其光催化过程。借由这两种机制，可以在海水淡化的同时进行污染海水处理。基于上述内容，制备贴近实际应用的大面积双通二氧化钛纳米管并且在其中通过合适的方法修饰密度和尺寸适宜的纳米粒子以拓宽其可利用光谱范围，能同时进行海水淡化和污染海水处理，是目前亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有应用材料的不足，即不能够在海水淡化的过程中处理海水中的有机污染物，特别是沸点较低的挥发性污染物，提供了一种全太阳光谱响应的，具有光催化性能的大面积双通二氧化钛纳米管阵列薄膜复合材料及其制备方法，技术方案如下：一种用于污染海水淡化的复合材料，所述复合材料为双通二氧化钛纳米管阵列薄膜与银纳米粒子复合的材料，所述银纳米粒子修饰在双通二氧化钛纳米管的管顶和管壁内侧。所述双通二氧化钛纳米管阵列薄膜由双通二氧化钛纳米管阵列而成，双通二氧化钛纳米管的轴向垂直于薄膜表面，双通二氧化钛纳米管为等径圆柱管，上下贯通。所述双通二氧化钛纳米管阵列薄膜的面积为7～13cm2，所述双通二氧化钛纳米管的管径为100～150nm。所述复合材料淡化后的海水中，Na+、Ca2+、Mg2+、Cu2+、Pb2+的含量降低至淡化前的0.01％～0.001％，苯酚的含量降低至淡化前的1.8～2.2％。前述的一种用于污染海水淡化的复合材料的制备方法，包括如下步骤：其中步骤1与步骤2不分先后顺序；步骤1、制备所述双通二氧化钛纳米管阵列薄膜；步骤1.1、以纯钛片为阳极，铂片为阴极，采用阳极氧化法制备二氧化钛纳米管，所用的电解液为水、乙二醇和氟化物的混合溶液，其中水和乙二醇的体积比为0.03～0.1，所述氟化物在混合溶液中的质量分数为0.3～1％，施加恒定电压30～60V，在室温下进行第一次阳极氧化，持续1～3个小时，随后在超声条件下将纯钛片上生长的二氧化钛纳米管洗掉；步骤1.2、施加恒定电压30～60V，在室温下进行第二次阳极氧化，持续4～9个小时，在第二次阳极氧化的最后10～50min，在阳极附近通入冷却水,使钛片的温度降低至10℃以下；步骤1.3、提升阳极氧化电压至60～150V继续进行氧化，持续7～15min，此时所制备薄膜自然与钛基底分离，步骤1.4、将脱膜后的纳米管阵列薄膜清洗吹干后，在400～500℃下进行煅烧2～4h，使其转变为锐钛矿相，得到双通二氧化钛纳米管阵列薄膜；步骤2、制备银氨溶液，取葡萄糖溶液备用；步骤3、制备银纳米粒子修饰的二氧化钛纳米复合材料：利用银氨溶液和葡萄糖溶液将银纳米粒子修饰到步骤1所述的二氧化钛纳米材料上。所述步骤2中的银氨溶液的制备方法如下：步骤2.1、配置硝酸银溶液，在持续搅拌的过程之中向硝酸银溶液滴加氨水，在滴加开始时溶液由澄清透明变为棕色浑浊，持续滴加至溶液重新变为澄清透明为止，得到浓度为0.1mol/L的银氨溶液。所述步骤3中将银纳米粒子修饰到双通二氧化钛纳米管阵列薄膜的方法如下：步骤3.1、将双通二氧化钛纳米管阵列薄膜置于银氨溶液中浸泡，浸泡时间为12～30min；步骤3.2、随后，将经浸泡后的二氧化钛纳米管阵列薄膜用去离子水清洗，随后置于葡萄糖溶液中浸泡，浸泡时间为15～25min；步骤3.3、重复实施步骤3.1和步骤3.2，直至二氧化钛纳米管阵列薄膜变为肉眼可见的均匀的深黑色，随后将二氧化钛纳米管阵列薄膜用去离子水清洗，自然晾干。所述阳极与阴极的面积相同，具体为25～81cm2。步骤1.2中冷却水的温度为0～5℃，流量为5000～6000L/h，冷却时间为10～50min。所述步骤2.1中硝酸银溶液的浓度为0.05～0.3mol/L，氨水的质量分数为1～5％。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1、本专利技术的方法操作简便，成本费用低，可控性强；2、本专利技术所制备的双通二氧化钛纳米管阵列薄膜的纳米管底端开口均匀，面积远大于一般实验所用材料的尺寸；3、本专利技术使用所修饰的银纳米粒子在实际环境中应用和储存时会产生氧化银和氯化银薄层，一方面能够使得纳米粒子的结构更为稳定，另一方面能够使得银纳米粒子所处的环境介电常数更为丰富，拓宽其可利用的光谱范围。附图说明图1为实施例1中所制备的材料的实物图；图2为实施例1制备的材料的扫描电镜图；图3为实施例1中材料中银纳米粒子的消光效率图；图4为实施例1和实施例2中材料的UV～Vis～NIR谱图；图5为实施例2中应用过程前后样品的X射线光电子能谱图；图6为实施例2应用前后样品中各离子的浓度；图7为实施例2应用前后挥发性有机污染物苯酚的紫外可见吸光光谱图。具体实施方式实施例1本专利技术提供了一种用于污染海水淡化的复合材料，所述复合材料为双通二氧化钛纳米管阵列薄膜与银纳米粒子复合的材料，所述银纳米粒子修饰在双通二氧化钛纳米管的管顶和管壁内侧。所述双通二氧化钛纳米管阵列薄膜由双通二氧化钛纳米管阵列而成，双通二氧化钛纳米管的轴向垂直于薄膜表面，双通二氧化钛纳米管为等径圆柱管，上下贯通。所述双通二氧化钛纳米管阵列薄膜为直径为3.5cm的圆形，面积为9.6cm2，所述双通二氧化钛纳米管的管径为100～150nm。前述的一种用于污染海水淡化的复合材料的制备方法，包括如下步骤：其中步骤1与步骤2不分先后顺序；步骤1、制备二氧化钛纳米材料：所述二氧化钛纳米材料为双通二氧化钛纳米管阵列薄膜；所述双通二氧化钛纳米管阵列薄膜的制备方法如下：步骤1.1、以纯钛片为阳极，铂片为阴极，所述阳极与阴极的面积相同，具体为25cm2，采用阳极氧化法制备二氧化钛纳米管，所用的电解液为水、乙二醇和氟化物的混合溶液，其中水和乙二醇的体积比为0.03，所述氟化物在混合溶液中的质量分数为0.3％，施加恒定电压60V，在室温下进行第一次阳极氧化，持续2个小时，随后在超声条件下将纯钛片上生长的二氧化钛纳米管洗掉；步骤1.2、施加恒定电压60V，在室温下进行第二次阳极氧化，持续4个小时，在第二次阳极氧化的最后10min，在阳极附近通入温度为0℃的冷却水,流量为5500L/h，冷却时间为10～50min，使钛片的温度降低至10℃以下；步骤1.3、提本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于污染海水淡化的复合材料，其特征在于，所述复合材料为双通二氧化钛纳米管阵列薄膜与银纳米粒子复合的材料，所述银纳米粒子修饰在双通二氧化钛纳米管的管顶和管壁内侧。

【技术特征摘要】
1.一种用于污染海水淡化的复合材料，其特征在于，所述复合材料为双通二氧化钛纳米管阵列薄膜与银纳米粒子复合的材料，所述银纳米粒子修饰在双通二氧化钛纳米管的管顶和管壁内侧。2.根据权利要求1所述的一种用于污染海水淡化的复合材料，其特征在于，所述双通二氧化钛纳米管阵列薄膜由双通二氧化钛纳米管阵列而成，双通二氧化钛纳米管的轴向垂直于薄膜表面，双通二氧化钛纳米管为等径圆柱管，上下贯通。3.根据权利要求1所述的一种用于污染海水淡化的复合材料，其特征在于，所述双通二氧化钛纳米管阵列薄膜的面积为7～13cm2，所述双通二氧化钛纳米管的管径为100～150nm。4.根据权利要求1所述的一种用于污染海水淡化的复合材料，其特征在于，所述复合材料淡化后的海水中，Na+、Ca2+、Mg2+、Cu2+、Pb2+的含量降低至淡化前的0.01％～0.001％，苯酚的含量降低至淡化前的1.8～2.2％。5.权利要求1～4任意一项所述的一种用于污染海水淡化的复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：其中步骤1与步骤2不分先后顺序；步骤1、制备所述双通二氧化钛纳米管阵列薄膜；步骤1.1、以纯钛片为阳极，铂片为阴极，采用阳极氧化法制备二氧化钛纳米管，所用的电解液为水、乙二醇和氟化物的混合溶液，其中水和乙二醇的体积比为0.03～0.1，所述氟化物在混合溶液中的质量分数为0.3～1％，施加恒定电压30～60V，在室温下进行第一次阳极氧化，持续1～3个小时，随后在超声条件下将纯钛片上生长的二氧化钛纳米管洗掉；步骤1.2、施加恒定电压30～60V，在室温下进行第二次阳极氧化，持续4～9个小时，在第二次阳极氧化的最后10～50min，在阳极附近通入冷却水,使钛片的温度降低至10℃以下；步骤1.3、提升阳极氧化电压至60～150V继续进行氧化，持续7～15min，此时所制备薄膜自然与钛基底分离；步...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋焱焱，高志达，武迪，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21