一种壳聚糖基硫化镉气凝胶材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种壳聚糖基硫化镉气凝胶材料及其制备方法和应用，具体为一种壳聚糖/聚乙烯醇/硫化镉气凝胶微球光催化材料，其形貌为在壳聚糖/聚乙烯醇气凝胶微球表面负载硫化镉纳米颗粒。本发明专利技术气凝胶材料应用于吸附

【技术实现步骤摘要】
一种壳聚糖基硫化镉气凝胶材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种壳聚糖基硫化镉气凝胶材料及其制备方法和应用，属于无机光催化材料


技术介绍

[0002]在纺织行业的生产和应用过程中，大约会有1
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15％的合成纺织染料未经处理而直接排进废水中，这些带着染料的废水不仅阻碍了太阳光的透过，大部分还有毒性，会直接破坏水环境生态系统。刚果红是一种在纺织行业很常用的联苯胺类的阴离子偶氮染料，具有化学性质稳定和生物不可降解等特性，对人的皮肤和眼睛都有刺激，还容易导致嗜睡和呼吸问题。另外，偶氮染料会分解产生致癌物质芳香胺，对人体健康有着巨大的威胁。因此，探究刚果红的染料废水的处理方法具有重要意义。
[0003]自1972年藤岛昭和本多建一在发现TiO2在紫外光照射下可以将水分解为氧气和氢气，开创了光催化的研究。此后。TiO2纳米材料作为一种半导体光催化剂，在环境处理和太阳能转换领域得到了广泛的研究。然而，TiO2由于其3.2eV的带隙，只能吸收紫外光，这仅占入射太阳光谱全部能量的4％左右。为了充分利用占太阳光中主要部分的可见光，开发具有可见光响应的光催化剂具有重要意义。
[0004]硫化镉(CdS)是一种具有可见光响应的典型的n型半导体，其带隙较窄(约2.4eV)，在光催化领域上有着广泛研究。然而，CdS光催化体系存在一些缺陷。例如，在水溶液中，CdS颗粒容易团聚，使得比表面积减小，光生电子(e
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)
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空穴(h
+
)对的分离效率降低，从而表现出较差的光催化性能。此外，粉末类的光催化剂还存在难以回收再利用等局限性。这些问题都限制了CdS 的光催化活性及其应用。因此，可以通过制备硫化镉复合材料解决上述问题，如以石墨烯为载体负载硫化镉，石墨烯的二维层状结构，可以很好的成为硫化镉纳米颗粒的负载基体(Journal of the American Chemical Society,2011,133, 28,10878
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10884)，硫化镉包覆碳纳米管，碳纳米管的空间限域效应可以很好的防止硫化镉团聚(Journal of Materials Chemistry A:Materials for Energy andSustainability,2014,2,48,20939
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20946)，用硫化镉修饰聚多巴胺，聚多巴胺有着强大的金属螯合能力，可以作为镉离子等金属的锚点，以此有效的解决硫化镉颗粒的团聚(Journal of Physical Chemistry C,2019,123,9,5345
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5352) 等。通过制备硫化镉复合材料可以提高硫化镉的分散性能，增大比表面积，降低电子空穴对的复合，进而提高光催化性能。
[0005]壳聚糖(CS)是一种天然亲水性阳离子聚合物，对金属离子的吸附性能优良，主要是由于聚合物基质中存在高含量的氨基(
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NH2)和羟基(
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OH)，这使其成为合成半导体量子点和半导体复合催化剂的合适基质。此外，大量研究还表明，将催化剂固定在壳聚糖上有利于催化剂的回收和循环使用。然而，壳聚糖的耐酸性较低，易溶于酸性溶液。因此可以通过添加聚乙烯醇(PVA) 来提高壳聚糖在酸性条件下的化学稳定性。PVA是一种廉价且无毒的聚合物，具有良好的机械强度，含有的活性羟基容易被不同的官能团改性。考虑到壳聚糖与聚乙烯醇表面官能团的优势，将CdS负载在壳聚糖/聚乙烯醇的表面可以有效的分散CdS并
提高其光稳定性和光催化活性。
[0006]中国专利文献CN110586001A公开了一种毫米粒径壳聚糖基硫化镉凝胶球的制备方法及应用，凝胶球粒径为0.9～1.5mm，硫化镉质量分数为9.7％～10.8％。该制备方法包括以下步骤：先通过溶胶
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凝胶过程制得壳聚糖水凝胶球，然后水凝胶球在镉离子溶液中完成静态吸附得到前驱体，最后将前驱体在硫化钠溶液中进行硫化反应，洗涤、干燥后得到毫米粒径壳聚糖基硫化镉凝胶球，制备的材料应用于产氢。与上述专利技术相比，本专利技术通过添加聚乙烯醇制备了直径为2～3mm的壳聚糖/聚乙烯醇气凝胶微球，制备出的壳聚糖/聚乙烯醇气凝胶微球具有耐酸性强、机械强度高、轻质和表面多孔等特点。而且，该壳聚糖基硫化镉气凝胶微球表现出优异的吸附和光催化降解性能，对 120mg/L刚果红的去除效率可达96.2％。
[0007]本专利技术制备了交联壳聚糖基硫化镉(壳聚糖/聚乙烯醇/硫化镉)气凝胶微球作为光催化剂。通过添加聚乙烯醇提高壳聚糖的机械强度，在轻质多孔的气凝胶微球上负载具有可见光响应的硫化镉颗粒。结合壳聚糖的吸附性能与硫化镉的光催化性能，制备出具有优异吸附
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光催化协同效应的去除刚果红染料的复合材料。

技术实现思路

[0008]本专利技术针对上述问题，提供了一种壳聚糖基硫化镉凝胶材料的制备方法和应用。本专利技术制备了壳聚糖基硫化镉气凝胶微球，解决了CdS颗粒容易团聚，以及粉末类催化剂难以回收再利用等局限性问题。同时壳聚糖基硫化镉还具有优异的吸附和光催化的性能，对120mg/L刚果红的去除率高达96.2％。
[0009]术语说明：
[0010]室温：具有本领域公知的含义，指25
±
5℃。
[0011]本专利技术的技术方案如下：
[0012]一种壳聚糖基硫化镉凝胶材料，具体为一种壳聚糖/聚乙烯醇/硫化镉气凝胶微球光催化材料，其形貌为在壳聚糖/聚乙烯醇微球表面负载硫化镉纳米颗粒。
[0013]根据本专利技术，上述壳聚糖基硫化镉气凝胶材料的制备方法，包括步骤如下：
[0014](1)在室温下，将壳聚糖溶于醋酸溶液中，标记为溶液A；将聚乙烯醇溶于水溶液中，标记为溶液B；将A、B溶液混合，搅拌，得到壳聚糖/聚乙烯醇溶液；然后将壳聚糖/聚乙烯醇溶液逐滴滴入到氢氧化钠溶液中，搅拌均匀后，用去离子水洗涤至中性，加入交联剂，经交联、洗涤，冷冻干燥后，得到壳聚糖/聚乙烯醇微球；
[0015](2)在室温下，将镉源溶于反应溶剂中，搅拌均匀，继续加入步骤(1) 得到的壳聚糖/聚乙烯醇微球，得到溶液C；在水浴加热的条件下，加入氢氧化钠溶液，然后逐滴滴加硫脲溶液，进行反应；反应完全后，经冷却、过滤、洗涤、干燥，得到壳聚糖基硫化镉凝胶材料。
[0016]根据本专利技术优选的，步骤(1)中所述壳聚糖选自脱乙酰度为95％，重均分子量大于等于5万的壳聚糖。
[0017]根据本专利技术优选的，步骤(1)中所述聚乙烯醇选自醇解度为87.0
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89.0mol％的聚乙烯醇。
[0018]根据本专利技术优选的，步骤(1)中所述壳聚糖/聚乙烯醇溶液中壳聚糖的质量浓度为10～50mg/mL，聚乙烯醇的质量浓度为10～50mg/mL，所述氢氧化钠溶液的浓度为0.1～
5mol/L。
[0019]根据本专利技术优选的，步骤(1)中所述交联剂为环氧氯丙烷。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种壳聚糖基硫化镉凝胶材料，其特征在于，所述凝胶材料的形貌为在壳聚糖/聚乙烯醇微球表面负载硫化镉纳米颗粒。2.如权利要求1所述壳聚糖基硫化镉气凝胶材料的制备方法，包括步骤如下：(1)在室温下，将壳聚糖溶于醋酸溶液中，标记为溶液A；将聚乙烯醇溶于水溶液中，标记为溶液B；将A、B溶液混合，搅拌，得到壳聚糖/聚乙烯醇溶液；然后将壳聚糖/聚乙烯醇溶液逐滴滴入到氢氧化钠溶液中，搅拌均匀后，用去离子水洗涤至中性，加入交联剂，经交联、洗涤，冷冻干燥后，得到壳聚糖/聚乙烯醇微球；(2)在室温下，将镉源溶于反应溶剂中，搅拌均匀，继续加入步骤(1)得到的壳聚糖/聚乙烯醇微球，得到溶液C；在水浴加热的条件下，加入氢氧化钠溶液，然后逐滴滴加硫脲溶液，进行反应；反应完全后，经冷却、过滤、洗涤、干燥，得到壳聚糖基硫化镉凝胶材料。3.根据权利要求2所述制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中壳聚糖的脱乙酰度为95％，重均分子量大于等于5万；聚乙烯醇的醇解度为87.0
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89.0mol％。4.根据权利要求2所述制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中壳聚糖/聚乙烯醇溶液中壳聚糖的质量浓度为10～50mg/mL，聚乙烯醇的质量浓度为10～50mg/mL，所述氢氧化钠溶液的浓度为0.1～5mol/L。5.根据权利要求2所述制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中交联剂为环氧氯丙烷；...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢启芳，肖金花，薛义松，魏明志，郭恩言，唐文昊，
申请(专利权)人：齐鲁工业大学，
类型：发明
国别省市：