一种高效吸附降解苯甲醛的多孔光催化凝胶及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种高效吸附降解苯甲醛的多孔光催化凝胶及其制备方法和应用，涉及光催化降解的技术领域。多孔光催化凝胶包括体系溶剂和分散于体系溶剂的光敏剂分子，体系溶剂包括70vt％

【技术实现步骤摘要】
一种高效吸附降解苯甲醛的多孔光催化凝胶及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及光催化降解的
，尤其涉及一种高效吸附降解苯甲醛的多孔光催化凝胶及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]化石燃料的长期使用使得能源逐渐枯竭，影响着社会的可持续发展。光催化氧化技术是利用自然光照射活化光敏性催化剂，将空气中的氧转化为单线态氧或活性自由基彻底氧化降解有机污染物的一种新兴绿色技术，在光动力治疗、有机污染物的降解等方面具有广阔的应用前景(Chem.Rev.2021,121,4100
–
4146)。芳香族化合物广泛存在于染料、药物、塑料和橡胶工业的废水中，可以通过生态循环系统进入地表水和地下水，对环境和人类造成极大的危害(Chemosphere 2022,296,134071)。
[0003]迄今为止，单线态氧作为活性物种光催化氧化芳香族有机物已经得到广泛研究。大环功能染料(卟啉和酞菁)、富勒烯衍生物等光敏剂已被用于芳香族化合物的降解，例如，So
‑
Ryong Chae等人报道了一种光敏性羟基化
‑
C
60
富勒烯聚集体的悬浮液，可用于降解2
‑
氯苯酚，并指出较小的聚集体具有更快的单线态氧产生速率(Envi ron.Sci.Technol.2009,43,6208
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6213)。Jaesang Lee等人进一步将C
60
氨基富勒烯固定在二氧化硅载体上，可以阻止C
60
的聚集，促进单线态氧的产生，进而促进4
‑
氯苯酚的氧化降解(Envi ron.Sci.Technol.2011,45,10598
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10604)。除此之外，在固体锚定载体(金属氧化物和硫化物、聚合物和碳质材料)上负载光敏性分子可以形成高度组织的杂化材料，有利于光敏性分子的分散，具有良好的光催化性能。例如Jing Xu等人采用原位静电法将四(4
‑
羧基苯基)卟啉均匀地沉积在氧化g
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C3N4纳米片表面构建异质结，四(4
‑
羧基苯基)卟啉在复合材料中的良好分散性为光催化反应提供大量的反应位点，四(4
‑
羧基苯基)卟啉复合材料对苯酚表现出更强的光降解活性，降解速率是四(4
‑
羧基苯基)卟啉的2.5倍。
[0004]尽管利用光敏性分子的结构及形态学调控有效促进了单线态氧的产生，实现了系列芳香族有机物的降解，但针对惰性有机物的选择性降解是难以实现的，主要与氧化降解机理相关。单线态氧是一种亲电氧化剂，可以与多电子体系的芳香性化合物形成过氧化物，因而含有给电子基团的化合物具有优异的反应活性，而带有吸电子基团羰基的惰性芳香性分子作为靶向性污染物难以得到有效降解。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种高效吸附降解苯甲醛的多孔光催化凝胶及其制备方法和应用，该多孔光催化凝胶可以快速识别并催化降解含羰基的苯甲醛，呈现极强的产氧活性和光降解稳定性。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术目的之一提供了一种高效吸附降解苯甲醛的多孔光催化凝胶，所述多孔光催化凝胶包括体系溶剂和分散于体系溶剂的光敏剂分子，所述体
系溶剂包括70vt％
‑
100vt％的丙酮溶剂和0
‑
30vt％的乙腈溶剂，所述光敏剂分子的化学结构式为：
[0007]通过采用上述方案，本申请中光敏剂分子具有光敏性的催化嵌段和造孔嵌段，其一端连接酰胺质子给体，在分子两侧引入具有刚性自组装功能的吡啶结构，如图1所示，在乙腈溶剂中诱导氢键自组装形成二维薄片结构，随后丙酮溶剂分子通过氢键的主、客体作用溶胀光敏剂分子，触发二维薄片的侧滑，形成有序排列的矩形多孔结构，构建了多维、多级次层层组装的凝胶催化剂，多孔光催化凝胶作为质子给体可以快速识别含羰基的苯甲醛，多孔框架便于溶剂的交换，从而提高催化剂孔中苯甲醛的浓度，加快对苯甲醛等芳香族化合物的降解速率，且自身具有极强的产氧活性和光降解稳定性。
[0008]作为优选方案，所述体系溶剂为100vt％的丙酮溶剂。
[0009]作为优选方案，所述多孔光催化凝胶中光敏剂分子的浓度为1.5
‑
4mg/mL。
[0010]作为优选方案，所述光敏剂分子的分子量为856.07g/mo l。
[0011]为了解决上述技术问题，本专利技术目的之二提供了一种高效吸附降解苯甲醛的多孔光催化凝胶的制备方法，包括以下步骤：当丙酮占体系溶剂小于100vt％时，将光敏剂分子分散在乙腈溶剂中，超声处理形成氢键驱动自组装的无孔凝胶前驱体，随后与丙酮溶剂混合制备出多孔光催化凝胶；当丙酮占体系溶剂100vt％时，将光敏剂分子分散在丙酮溶剂中超声处理。
[0012]作为优选方案，所述超声时间为5mi n
‑
30mi n。
[0013]作为优选方案，所述光敏剂分子包括以下制备步骤：
[0014](1)将二噻吩基
‑
吡咯并吡咯二酮溶于溶剂a中，依次加入叔丁醇钾、溴代异辛烷，搅拌反应，旋蒸除去溶剂a后纯化处理，得到中间体A；
[0015](2)将中间体A、碳酸铯溶于溶剂a中，在氩气保护下加入N
‑
Boc
‑
溴乙胺，搅拌反应，旋蒸除去溶剂a后纯化处理，得到中间体B；
[0016](3)将中间体B溶于溶剂b中，加入三氟乙酸，在冰水浴中搅拌反应，旋蒸除去溶剂b后纯化处理，得到噻吩取代吡咯并吡咯二酮光催化单元；
[0017](4)将均苯三甲酸、3
‑
(2
‑
氨基乙基)吡啶溶于溶剂a中，依次加入N,N
‑
二异丙基乙胺、苯并三氮唑四甲基脲六氟磷酸盐，在冰水浴中搅拌反应，旋蒸除去溶剂a后纯化处理，得中间体C；
[0018](5)将中间体C、噻吩取代吡咯并吡咯二酮光催化单元溶于溶剂a中，依次加入N,N
‑
二异丙基乙胺、苯并三氮唑四甲基脲六氟磷酸盐，在冰水浴中搅拌反应，旋蒸除去溶剂a后纯化处理，得到光敏剂分子。
[0019]作为优选方案，所述溶剂a为N,N
‑
二甲基甲酰胺；所述溶剂b为二氯甲烷。
[0020]作为优选方案，在步骤(1)中，所述二噻吩基
‑
吡咯并吡咯二酮、叔丁醇钾与溴代异辛烷的摩尔比为1:(2
‑
3)：(1
‑
2)；在步骤(2)中，所述中间体A与N
‑
Boc
‑
溴乙胺的摩尔比为1:(1
‑
2)；在步骤(3)中，所述中间体B和三氟乙酸的摩尔比为1：(300
‑
700)；在步骤(4)中，所述均苯三甲酸、3
‑
(2
‑
氨基乙基)吡啶、N,N
‑
二异丙基乙胺和苯并三氮唑四甲本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高效吸附降解苯甲醛的多孔光催化凝胶，其特征在于，所述多孔光催化凝胶包括体系溶剂和分散于体系溶剂的光敏剂分子，所述体系溶剂包括70vt％
‑
100vt％的丙酮溶剂和0
‑
30vt％的乙腈溶剂，所述光敏剂分子的化学结构式为：2.如权利要求1所述的一种高效吸附降解苯甲醛的多孔光催化凝胶，其特征在于，所述体系溶剂为100vt％的丙酮溶剂。3.如权利要求1所述的一种高效吸附降解苯甲醛的多孔光催化凝胶，其特征在于，所述多孔光催化凝胶中光敏剂分子的浓度为1.5
‑
4mg/mL。4.一种基于如权利要求1
‑
3任一所述的高效吸附降解苯甲醛的多孔光催化凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：当丙酮占体系溶剂小于100vt％时，将光敏剂分子分散在乙腈溶剂中，超声处理形成氢键驱动自组装的无孔凝胶前驱体，随后与丙酮溶剂混合制备出多孔光催化凝胶；当丙酮占体系溶剂100vt％时，将光敏剂分子分散在丙酮溶剂中超声处理。5.如权利要求4所述的一种高效吸附降解苯甲醛的多孔光催化凝胶的制备方法，其特征在于，所述光敏剂分子包括以下制备步骤：(1)将二噻吩基
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吡咯并吡咯二酮溶于溶剂a中，依次加入叔丁醇钾、溴代异辛烷，搅拌反应，旋蒸除去溶剂a后纯化处理，得到中间体A；(2)将中间体A、碳酸铯溶于溶剂a中，在氩气保护下加入N
‑
Boc
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溴乙胺，搅拌反应，旋蒸除去溶剂a后纯化处理，得到中间体B；(3)将中间体B溶于溶剂b中，加入三氟乙酸，在冰水浴中搅拌反应，旋蒸除去溶剂b后纯化处理，得到噻吩取代吡咯并吡咯二酮光催化单元；(4)将均苯三甲酸、3
‑
(2
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氨基乙基)吡啶溶于溶剂a中，依次加入N,N
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二异丙基乙胺、苯并三氮唑四甲基脲六氟磷酸盐，在冰水浴中搅拌反应，旋蒸除去溶剂a后纯化处理，得中间体C；(5)将中间体C、噻吩取代吡咯并吡咯二酮光催化单元溶于溶剂a中，依次加入N,N
‑
二异丙基乙胺、苯并三氮唑四甲基脲六氟磷酸盐，在冰水浴中搅拌反应，旋蒸除去溶剂a后纯化处理，得到光敏剂分子。6.如权利要求5所述的一种高效吸附降解苯甲醛的多孔光催化凝胶的制备方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄哲钢，梁明韫，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：