【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于催化剂，特别地涉及自一种硫酸根吸附自组装pdi光催化剂的制备方法和应用。
技术介绍
1、与无机材料相比，有机材料结构灵活多样，具有可调的电学和光学性能，并且元素资源丰富。因此，选择有机材料作为催化剂越来越受重视。
2、目前，有机催化剂主要包括以下两种类型：一种是有机金属配合物，其中金属成分由于成本高、潜在毒性大和可持续性差，实际应用受限；另一种是共价有机聚合物，例如卟啉、g-c3n4和其他有机共聚物。有机催化剂可以通过合理的分子设计而显示出显著的性能改善。然而，卟啉的价带边电位（vb≈1.0 v）不足以氧化有机污染物，g-c3n4的带隙（约2.7 ev）太宽，无法吸收大部分太阳光。苝酰亚胺（pdi）因其优异的光热稳定性、高电子亲和性和载流子迁移率而在n型有机半导体中脱颖而出，由其形成的自组装pdi超分子体系是一种具有较宽的可见光响应的光催化剂。有文献(liu d, wang j, bai x, et al. self‐assembledpdinh supramolecular system for photocatalysis under visible light[j].advanced materials, 2016, 28(33): 7284-7290.)报道少量制备自组装pdi的报道，但是无法大量制备，不能满足工业化大规模的生产需求。商用pdi在大多数常见有机溶剂中不能溶解，pdi的大量自组装制备面临巨大挑战。
3、cn113398989a公开了基于pdinh与氧化钨的有机-无机复合
技术实现思路
1、鉴于此，本专利技术的目的是针对现有技术存在的技术问题，提供可放大的大量制备硫酸根吸附自组装pdi光催化剂及其制备方法和应用，本专利技术的自组装pdi光催化剂具有提高的降解有机物的光催化活性，并可方便的进行工艺放大。
2、本专利技术是基于以下发现：将溶解的pdi分子从浓硫酸快速分散到水中，pdi分子通过非共价键相互作用自组装使其固态沉淀出来，采用静置、取出上清液的方式进行固液分离，制得的自组装pdi光催化剂具有提高的降解有机物的光催化活性。其后，专利技术人对自组装pdi光催化剂进行了表征。不希望受理论限制，认为，静置期间，随着pdi自组装，so42-在pdi表面吸附，π-π堆积程度高，晶面间距减小进一步缩小了pdi的带隙，从而促进光生电荷与空穴的分离，提高光生载流子的传递效率，光生空穴在催化剂表面富集，使催化剂具有更好的降解性能。
3、本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的。
4、第一方面，本专利技术提供了一种硫酸根吸附自组装pdi光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
5、s100、将3,4,9,10-苝四甲酰二亚胺与浓硫酸混合，得到3,4,9,10-苝四甲酰二亚胺的浓硫酸溶液；其中，3,4,9,10-苝四甲酰二亚胺与浓硫酸的质量体积比为(1~10):100g/ml；
6、s200、在搅拌条件下，将步骤s100中的溶液和水混合，得到悬浊液，静置；
7、s300、取出上清液，加入水、搅拌、静置；重复上述取出上清液-加水-搅拌-静置的操作，直至上清液呈接近中性，最后一次取出上清液后得到沉淀物；
8、s400、将步骤s300所得沉淀物进行离心和干燥，制得自组装pdi光催化剂。
9、3,4,9,10-苝四甲酰二亚胺(pdi)溶解性不好，不溶于水和大多数有机溶剂，浓硫酸是其良溶剂，本专利技术方法可以概述为将溶解的pdi从良溶剂转移至不良溶剂中，并通过非共价键相互作用自组装使其固态沉淀。在本专利技术中，良溶剂为浓硫酸(质量分数为90-98wt%)，不良溶剂为水。以往在制备的时候，是采用抽滤、水洗涤至中性的方法可以完成固液分离进而得到产物。然而这样的方法仅适合用于制备少量pdi光催化剂。在准备一次大量放大制备pdi光催化剂时，增加了pdi与浓硫酸的含量之后，抽滤过程变得十分困难。鉴于此，专利技术人采用了得到pdi溶于浓硫酸的溶液后，将该溶液和水混合，得到悬浮液，静置，取出上清液，加入水继续静置，反复多次，直至取出的上清液ph接近中性(ph=7-7.5)。专利技术人本意是加快反应过程，以便大规模生产出自组装pdi光催化剂。但是专利技术人意外地在这个过程中发现，采用重复“静置-取出上清液-静置-取出上清液”的制备工艺，所得产品光催化活性出乎意料的好，比直接抽滤洗涤所得催化剂的催化性能高出2-3倍。专利技术人研究发现，上述反复“静置-取出上清液”的过程使自组装pdi材料始终处于硫酸环境中，硫酸根在pdi材料的表面和孔隙内发生了充分的化学吸附。这导致pdi的氢键和π-π堆叠被增强，层间距减小，结晶度升高，带隙缩减，光响应范围拓宽，光生载流子的分离被有效促进。同时，硫酸根的吸附对载流子分离的促进导致光生空穴在pdi表面积累，从而有效提升了自组装pdi材料的光催化降解性能。
10、根据本专利技术提供的制备方法，其中，步骤s100中3,4,9,10-苝四甲酰二亚胺与浓硫酸的质量体积比可以为1:100 g/ml、2:100 g/ml、3:100 g/ml、4:100 g/ml、5:100 g/ml、6:100 g/ml、7:100 g/ml、8:100 g/ml、9:100 g/ml、10:100 g/ml。在一些实施方案中，3,4,9,10-苝四甲酰二亚胺与浓硫酸的质量体积比为(2~6):100 g/ml。
11、根据本专利技术提供的制备方法，其中，步骤s100中采用超声进行混合。优选地，超声的条件包括：功率为50~80khz，时间为30~60min。
12、根据本专利技术提供的制备方法，其中，步骤s200中水的用量和步骤s100浓硫酸的体积比为10-20：1，步骤s300中每次加入水的量是步骤s100中浓硫酸体积的10-20倍。
13、根据本专利技术提供的制备方法，其中，步骤s200和s300中单次静置的时间各自独立地为2.5~5本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种硫酸根吸附自组装PDI光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S100中3,4,9,10-苝四甲酰二亚胺与浓硫酸的质量体积比为2-6:100 g/ml。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S100中采用超声进行混合，超声的条件包括：功率为50~80kHz，时间为30~60min。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S200中水的用量和步骤S100浓硫酸的体积比为10-20：1，步骤S300中每次加入水的量是步骤S100中浓硫酸体积的10-20倍。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S200和S300中单次静置的时间各自独立地为2.5~5h。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S200中，所述混合是将3,4,9,10-苝四甲酰二亚胺的浓硫酸溶液到如水中，搅拌在100~300转/min的转速下进行；步骤S300中搅拌是在100~300转/min的转速下进行，搅拌时间为10-30min；步骤S400
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，其中，步骤300中，所述取出上清液，是采用吸力装置将上清液抽出；所述吸力装置具有将液体抽出的功能。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述吸力装置包括吸管、负压泵、针筒、移液管或者滴定管。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，根据本专利技术提供的制备方法，其中，重复上述取出上清液-加水-搅拌-静置的操作的重复次数，使最后一次操作取出的上清液pH接近中性，所述接近中性是pH为7-7.5。
10.权利要求1-9任一项所述制备方法制得的硫酸根吸附自组装PDI光催化剂在有机污染物光催化降解中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种硫酸根吸附自组装pdi光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s100中3,4,9,10-苝四甲酰二亚胺与浓硫酸的质量体积比为2-6:100 g/ml。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s100中采用超声进行混合，超声的条件包括：功率为50~80khz，时间为30~60min。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s200中水的用量和步骤s100浓硫酸的体积比为10-20：1，步骤s300中每次加入水的量是步骤s100中浓硫酸体积的10-20倍。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s200和s300中单次静置的时间各自独立地为2.5~5h。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s200中，所述混合是将3,4,9,10-苝四甲酰二亚胺的浓硫酸溶液到如水中，搅拌在100~3...
【专利技术属性】
技术研发人员：阿山，刘聚明，马丽莎，夏碧玉，
申请(专利权)人：内蒙古工业大学，
类型：发明
国别省市：
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