钛酸钡纳米颗粒复合共价有机骨架异质结及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种钛酸钡纳米颗粒复合共价有机骨架异质结的制备方法与应用；将钛酸钡纳米颗粒与含有聚乙烯吡咯烷酮与支化聚乙烯亚胺的溶液混合，得到修饰后的钛酸钡纳米颗粒；将修饰后的钛酸钡纳米颗粒、1,3,5

【技术实现步骤摘要】
钛酸钡纳米颗粒复合共价有机骨架异质结及其制备方法


[0001]本专利技术涉及无机
‑
有机纳米复合材料及压电
‑
光催化
，具体涉及钛酸钡纳米颗粒/共价有机骨架异质结的制备及其对水体有机污染物的压电
‑
光催化降解去除。

技术介绍

[0002]随着现代化进程的不断推进，人们的生活水平得到了很大提高，但也因此带来一连串的环境污染与能源短缺问题。为解决这些问题，需要探索并开发新能源驱动的低能耗且普适性强的环境修复技术。光催化材料，能够将太阳能转化为化学能，有望用于解决当前日益严重的环境问题。然而，光生电子与空穴的快速结合导致光催化效率低下，限制了光催化技术的实际应用。虽然已经探索了各种各样的策略来提高光催化效率，如金属或非金属掺杂、形貌调控、带隙工程和异质结结构，但在光催化过程中仍有巨大的有效电荷转移潜力。现有技术公开了一种用于催化降解水中微量有机污染物的钛酸钡纳米材料及其制备和应用，该钛酸钡纳米材料以氢氧化钛前驱物、八水合氢氧化钡分别作为钛酸钡纳米材料的钛源、钡源，以氢氧化钠、乙醇作为反应助剂，通过水热或溶剂热法制备。现有技术公开了一种Ag NWs@BaTiO3芯鞘复合压电光催化材料及其制备方法和应用，表面鞘为压电材料钛酸钡BaTiO3，芯为银纳米线Ag NWs。现有技术公开了钛酸钡/铌酸钾复合压电光催化剂，粒径为30
‑
50nm的BaTiO3纳米球均布在棱柱状的KNbO3上，稳定性较好，具有优良的催化活性。纵观现有技术，关于钛酸钡的催化剂制备方法较复杂，且处理效果还需改善。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种钛酸钡纳米颗粒/共价有机骨架异质结的制备方法，所形成的复合材料在超声振动以及光照的共同作用下可以有效去除水体中的双酚A。作为具体的实施例，首先将聚乙烯吡咯烷酮（PVP）与支化聚乙烯亚胺（BPEI）修饰在钛酸钡的表面，然后通过简单的封装方法将1,3,5
‑
三（4
‑
氨苯基)苯（TAPB）和2,5
‑
二甲氧基苯
‑
1,4
‑
二甲醛（DMTP）在钛酸钡表面缩聚形成TAPB
‑
DMTP
‑
COF（TD
‑
COF）壳层，包裹在钛酸钡纳米颗粒表面上。本专利技术中的钛酸钡能与TD
‑
COF形成核壳异质结结构，同时具有良好的吸附性能以及压电
‑
光催化性能。实验结果表明在超声和光照共同作用下复合材料去除水体中双酚A的性能比钛酸钡纳米颗粒或者纯TD
‑
COF优异。
[0004]为达到上述目的，本专利技术具体技术方案如下：一种钛酸钡纳米颗粒复合共价有机骨架异质结，其制备方法包括以下步骤：（1）将粒径为30～100纳米的钛酸钡纳米颗粒与含有聚乙烯吡咯烷酮（PVP）与支化聚乙烯亚胺（BPEI）的乙醇溶液混合，得到修饰后的钛酸钡纳米颗粒；（2）将修饰后的钛酸钡纳米颗粒、1,3,5
‑
三（4
‑
氨苯基)苯（TAPB）和2,5
‑
二甲氧基苯
‑
1,4
‑
二甲醛（DMTP）混合，通过封装反应得到钛酸钡纳米颗粒复合共价有机骨架异质结（BTO@TD
‑
COF）。
[0005]一种去除水体中污染物的方法，包括以下步骤：将钛酸钡纳米颗粒复合共价有机
骨架异质结（BTO@TD
‑
COF）置入含有污染物的水体中，超声和/或光照，完成水体中污染物的去除。上述技术方案中，步骤（1）中，钛酸钡纳米颗粒为钛酸钡纳米球（BTO）；钛酸钡纳米颗粒、PVP、BPEI的质量比为（30~50）∶（0.8~1.2）∶1，优选40∶1∶1；PVP、BPEI的质量和相对于乙醇溶液的重量比为（0.03~0.07）∶1，优选0.05∶1；混合的时间为18~30 h，优选24 h；优选的，将钛酸钡纳米颗粒加入PVP和BPEI乙醇溶液中，磁力搅拌24 h，搅拌结束后离心洗涤，干燥后得到修饰后的钛酸钡纳米颗粒。本专利技术首先采用PVP以及BPEI修饰钛酸钡纳米颗粒，利于TD
‑
COF在缩聚过程中能在钛酸钡纳米颗粒表面上生长，从而更好的将钛酸钡纳米颗粒包裹起来。
[0006]上述技术方案中，步骤（2）中，DMTP和TAPB的摩尔比为（0.5~2）∶1，优选1.5∶1；1,3,5
‑
三（4
‑
氨苯基)苯（TAPB）、修饰后的钛酸钡纳米颗粒的质量比为10.5∶1.95~9.75，优选10.5∶5~6，比如10.5∶5.86。
[0007]上述技术方案中，封装反应在乙酸存在下、有机溶剂中进行，优选的，将修饰后的钛酸钡、TAPB和DMTP混合，加入浓度为10~17.5 M，优选17.5 M乙酸常温反应2 h，然后加入8~12 M，优选10 M乙酸在70 o
C下继续反应4 h，索氏提取后干燥得到钛酸钡纳米颗粒复合共价有机骨架异质结。有机溶剂为1,4
ꢀ‑
二氧六环和正丁醇。
[0008]上述技术方案中，将钛酸钡纳米颗粒复合共价有机骨架异质结置入含有污染物的水中，避光搅拌后用超声辅助光照，实现水中污染物的去除。
[0009]本专利技术进一步公开了钛酸钡纳米颗粒/共价有机骨架异质结在降解处理水中污染物中的应用，优选污染物为双酚A。
[0010]本专利技术的优点：1. 本专利技术公开的钛酸钡纳米颗粒/共价有机骨架异质结具有稳定性高、性能出色与制备方法简单等优点；2. 本专利技术公开的钛酸钡纳米颗粒/共价有机骨架异质结中压电场的存在可以降低自由载流子的复合率，有效促进自由载流子的分离；3. 本专利技术首次将COF和钛酸钡材料结合，内置电场的存在能有效提升了COF材料的光催化性能，同时COF材料的优异性能使得复合材料能够处理大量的水体污染物。
附图说明
[0011]图1为TAPB
‑
DMTP
‑
COF的扫描电镜图与透射电镜图，其中左上角为透射电镜图；图2为钛酸钡纳米颗粒/共价有机骨架异质结的扫描电镜图与透射电镜图，其中左上角为透射电镜图；图3为不同催化剂对水中双酚A的降解曲线图；图4为钛酸钡纳米颗粒/共价有机骨架异质结的透射电镜图；图5为钛酸钡纳米颗粒/共价有机骨架异质结对水中双酚A的循环降解曲线图。
具体实施方式
[0012]压电材料在受到外界应力时，会在其相对表面产生正负电荷，由此建立的内置电场能够抑制光生电子与空穴复合。本专利技术将压电与光催化有效结合，达到十分优异的污染
物降解能力。共价有机骨架材料（COFs），是一类新兴的晶体多孔有机材料，由于其具有大的比表面积、良好的孔隙度，结合钛酸钡，在水污染处理方面同时展现出良好的吸附以及降解能力，成为一种应用于环境修复方向很有前途的光催化剂。本专利技术通过简单的封装方法得到钛酸钡纳米颗粒/共价有机骨架异本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钛酸钡纳米颗粒复合共价有机骨架异质结的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将钛酸钡纳米颗粒与含有聚乙烯吡咯烷酮与支化聚乙烯亚胺的溶液混合，得到修饰后的钛酸钡纳米颗粒；（2）将修饰后的钛酸钡纳米颗粒、1,3,5
‑
三（4
‑
氨苯基)苯和2,5
‑
二甲氧基苯
‑
1,4
‑
二甲醛混合，通过封装反应得到钛酸钡纳米颗粒复合共价有机骨架异质结。2.根据权利要求1所述钛酸钡纳米颗粒复合共价有机骨架异质结的制备方法，其特征在于，钛酸钡纳米颗粒为钛酸钡纳米球；钛酸钡纳米颗粒、聚乙烯吡咯烷酮、支化聚乙烯亚胺的质量比为（30~50）∶（0.8~1.2）∶1。3.根据权利要求1所述钛酸钡纳米颗粒复合共价有机骨架异质结的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，混合的时间为18~30 h。4.根据权利要求1所述钛酸钡纳米颗粒复合共价有机骨架异质结的制备方法，其特征在于，2,5
‑
二甲氧基苯
‑
1,4
‑
二甲醛、1,3,5
‑
三（4
‑
氨苯基)苯的摩尔比为（0.5~2）∶1；1,3,5
‑
三（4
...

【专利技术属性】
技术研发人员：路建美，李娜君，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：