一种光催化复合薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种光催化复合薄膜及其制备方法，以聚多巴胺薄膜为底膜其上依次生长有金薄膜和硫化物薄膜；PDA层和后续生长的Au层使得复合材料光谱吸收范围宽，可以延伸到红外二窗波段，赋予了该薄膜优异的光热效应，PDA层和Au层提高了薄膜的光热效应，从而提升Au被光激发后还原单质硫以生长半导体硫化物的效率，使得整个复合薄膜的光催化活性提高，聚多巴胺具有优良的还原特性，可以充当电子给体的作用，通过聚多巴胺自身官能团的实时变化削弱了硫化物在光催化反应过程中的光腐蚀作用，提高光催化复合薄膜的稳定性。光催化复合薄膜的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种光催化复合薄膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种光催化材料及其制备方法，尤其涉及一种光催化复合薄膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]工业废水具有成分复杂、色泽深、毒性大、酸碱性强、含盐量高等特点，如果不经处理直接排放到水体中，会造成相当大的污染。所以选用科学的方法来处理工业废水，最终实现印染废水达标排放是一个庞大的工程。
[0003]目前对含有染料的污水的处理方法有吸附法、生物法和物理化学法。常规的吸附法利用活性炭、高岭土、工业炉渣等进行吸附将染料与水体分离，然而粉体状态的催化剂存在着回收再利用的问题，往往需要通过絮凝沉淀、过滤、离心等方式来完成分离，造成降解工艺复杂，降解效率低下。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：本专利技术目的是提供一种降解工艺简单、高降解效率的光催化复合薄膜，本专利技术的另一目的是提供上述光催化复合薄膜的制备方法。
[0005]技术方案：本专利技术所述的一种光催化复合薄膜，以聚多巴胺薄膜为底其上依次生长有金薄膜和硫化物薄膜。
[0006]进一步地，所述硫化物包括硫离子，以及镉离子、锰离子、锌离子、镍离子的一种或多种；所述镉源为硫酸铬、硝酸镉、高氯酸镉、醋酸镉、氯化镉中一种或几种的乙醇溶液；锰源为硝酸锰、醋酸锰、氯化锰其中一种或几种的乙醇溶液；所述锌源为硝酸锌、氯化锌、醋酸锌其中一种或几种的乙醇溶液；所述镍源为硝酸镍、氯化镍、醋酸镍其中一种或几种的乙醇溶液。
[0007]本专利技术所述的光催化复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：
[0008](1)制备PDA薄膜：将盐酸多巴胺、异丙醇、三羟甲基氨基甲烷分散到去离子水中后，然后加入透明基板@PDMS薄片，在室温条件下搅拌反应后用水冲洗得到PDMS@PDA薄膜；
[0009](2)制备金种子(Au
‑
seed)：将四羟甲基氯化磷、NaOH和水配置成溶液A，其中溶液A中四羟甲基氯化磷浓度为0.2～0.4mg/mL、NaOH浓度为3～8mM；然后在搅拌速度大于1000rpm/min搅拌条件下注入氯金酸(HAuCl4)水溶液形成Au
‑
seed胶体；所述Au
‑
seed胶体中HAuCl4浓度为0.5～1.5mM；
[0010](3)制备PDA@Au薄膜：将(3
‑
氨丙基)三甲氧基硅烷分散到乙醇中形成溶液B，(3
‑
氨丙基)三甲氧基硅烷占溶液B体积的0.5～1.5％；然后在溶液B中加入PDMS@PDA薄膜，充分反应后依次用乙醇、水冲洗，得到PDMS@PDA(
‑
NH2)薄膜；再将所述Au
‑
seed胶体的加水稀释成溶液C，Au
‑
seed胶体占溶液C体积的0.5～1.5％；然后将所述PDMS@PDA(
‑
NH2)薄膜放入溶液C中超声处理，水冲洗两次，得到PDMS@PDA@Au
‑
seed薄膜；
[0011]将PDMS@PDA@Au
‑
seed薄膜浸没在水中，加入KAuCl4溶液混匀后，加入对苯酚溶液
直至过量，得到的PDMS@PDA@Au薄膜，并保存在水中；
[0012](4)沉积硫化物光催化层：将所述PDMS@PDA@Au薄膜浸没在乙醇中；然后往乙醇中加入单质硫，以及镉源、锰源、锌源、镍源中的一种或多种，紫外灯照射下充分反应后得到光催化复合薄膜。
[0013]进一步地，步骤(1)中所述透明基板为硅酸盐玻璃、石英玻璃、有机玻璃任意一种。
[0014]进一步地，步骤(1)中所述异丙醇和水体积比为1:10～2:5；所述三羟甲基氨基甲烷浓度为1～15mM；三羟甲基氨基甲烷是pH缓冲剂，调节溶液的pH＝7.5～10，在弱碱性范围内，增加其浓度会提高pH从而加快反应速度，溶液的pH值会影响PDA薄膜的厚度和均匀性，另一方面也影响PDA的氧化聚合程度，也就是其还原性的化学环境，进一步影响其抑制硫化物受光腐蚀的作用。醇水比对PDA的生长影响较大，如果没有醇，PDA的薄膜会在PDMS表面无序生长，均与性不够，完全用醇则无法实现PDA的聚合生长。
[0015]进一步地，步骤(3)中所述KAuCl4水溶液的配置比例如下：碳酸钾、HAuCl4溶液、水共混，常温避光陈化，得到KAuCl4溶液；所述碳酸钾、HAuCl4摩尔比为10:3～10:6；所述KAuCl4溶液浓度为0.5～2.5mM。
[0016]进一步地，步骤(3)中所述Au
‑
seed胶体需在0～10℃保存。
[0017]进一步地，步骤(3)中所述KAuCl4溶液陈化时间为18～24h。
[0018]进一步地，步骤(3)中所述所述对苯酚浓度为5～20mM，对苯酚浓度过高或过低会影响Au薄膜的均一性。
[0019]进一步地，步骤(3)中所述对苯酚以0.6～2.5mL/min的速度逐滴加入溶液中；对苯酚加入速度过快，会影响Au薄膜的均一性，缓慢生长可以使薄膜更均匀，从而实现对光谱的高效吸收利用。
[0020]有益效果：和现有技术相比，本专利技术具有以下显著的优点：
[0021](1)PDA层利用该层独特的化学结构实现对Au种子的均匀、稳定吸附，并实现后续Au纳米层的稳定、均匀长大，Au层在可见光的红光和红外光有很好的吸收并转化为热，能够以升温的形式提高光催化速率，PDA层和后续生长的Au层使得复合材料光谱吸收范围宽，可以延伸到红外二窗波段，赋予了该薄膜优异的光热效应。
[0022](2)利用紫外光照射Au壳，激发Au最外层电子还原体系中的硫源产生S2‑
，S2‑
再与金属阳离子源结合生长一层硫化物半导体，PDA层和Au层提高了薄膜的光热效应，从而提升Au被光激发后还原单质硫，快速生长半导体硫化物的效率；Au和硫化物的组合，提高了硫化物半导体的光生电子
‑
空穴的分离效率，延长了有效催化粒子的寿命，增强了光催化效果。
[0023](3)聚多巴胺具有优良的还原特性，可以充当电子给体的作用，通过聚多巴胺自身官能团的实时变化削弱了硫化物在光催化反应过程中的光腐蚀作用，提高光催化复合薄膜的稳定性。
[0024](4)以复合薄膜的方式放入需要降解的溶液中，无需过滤分离等操作，使用基板以及橡胶底，使得薄膜可以轻松装卸，降解工序简单易操作，提高工序效率。
具体实施方式
[0025]下面结合实施例对本专利技术的技术方案作进一步说明。
[0026]UV
‑
Vis吸收光谱测试，测量同样浓度的样品对波长在400～1100nm的光的吸收值；
[0027]光热催化降解性能测试时，将光热催化材料分散液与罗丹明B溶液按同等比例混合，随后在氙灯照射下进行90min的光催化降解，同时磁力搅拌，每隔15min使用UV
‑
Vis分光光度计测量溶液在450～650nm处测定吸光度并记录峰的吸光度数值A
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光催化复合薄膜，其特征在于，以聚多巴胺薄膜为底膜，其上依次生长有金薄膜和硫化物薄膜。2.根据权利要求1所述的光催化复合薄膜，其特征在于，所述硫化物包括硫离子，以及镉离子、锰离子、锌离子、镍离子中的一种或多种。3.一种如权利要求2所述的光催化复合薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)制备PDA薄膜：将盐酸多巴胺、异丙醇、三羟甲基氨基甲烷分散到去离子水中后，然后加入透明基板@PDMS薄片，在室温条件下搅拌反应后用水冲洗得到PDMS@PDA薄膜；(2)制备金种子(Au
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seed)：将四羟甲基氯化磷、NaOH和水配置成溶液A，其中溶液A中四羟甲基氯化磷浓度为0.2～0.4mg/mL、NaOH浓度为3～8mM；然后在搅拌速度大于1000rpm/min搅拌条件下注入HAuCl4水溶液形成Au
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seed胶体；所述Au
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seed胶体中HAuCl4浓度为0.5～1.5mM；(3)制备PDA@Au薄膜：将(3
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氨丙基)三甲氧基硅烷分散到乙醇中形成溶液B，(3
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氨丙基)三甲氧基硅烷占溶液B体积的0.5～1.5％；然后在溶液B中加入PDMS@PDA薄膜，充分反应后依次用乙醇、水冲洗，得到PDMS@PDA(
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NH2)薄膜；再将所述Au
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seed胶体的加水稀释成溶液C，Au
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seed胶体占溶液C体积的0.5～1.5％；然后将所述PDMS@PDA(
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NH2)薄膜放入溶液C中超声处理，水冲洗两次，得到PDMS@PDA...

【专利技术属性】
技术研发人员：张玉龙，董心愉，王卫，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：