【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光催化材料，尤其涉及一种3d打印的复合光催化材料及其制备方法。
技术介绍
1、抗生素的发现和使用挽救了无数人的生命，并在农业、畜牧业和水产养殖业的广泛应用使得人们的生活水平有了进一步的提高。但是随着人们对保护环境认识的不断提高，由于滥用抗生素而导致的水体污染问题逐渐受到了广泛关注。抗生素在自然环境中的长期积累会导致微生物种类的减少和耐药基因与耐药细菌的产生，进一步威胁生物多样性和人们的健康。目前针对抗生素的处理方法主要有光降解法、化学氧化法、物理吸附和生物降解四种方法，各种方法各有优缺点，但都难以实现高效且经济的处理抗生素污染物。
2、半导体光催化技术是一种利用太阳光激发半导体光催化剂产生电子转移，使产生的电子和空穴与其他物质进一步发生氧化还原反应，以达到降解污染物、制氢、固氮等目的的技术。tio2的价带电位高，其空穴与水反应生成大量的羟基自由基(·oh)，其极强的氧化性可以用来降解抗生素。但是tio2的禁带宽度较大，这使得它只能吸收紫外光，对太阳光的利用率很低；同时tio2材料光生载流子容易复合，严重限制材料的广泛应用。为了提高tio2的光催化性能，众多科研工作者对其进行了改性，如金属掺杂、非金属掺杂、贵金属沉积、构建异质结和碳材料负载等。
3、构建窄带隙半导体与异质结一直是解决tio2光响应范围窄，光生载流子复合率高的有效方法之一。bixoyiz作为一种典型的v-vi-vii的三元氧化物光催化剂，因其合适的能带结构、良好的化学稳定性和高效的光催化活性成为新型光催化剂的研究热点。bixoy
4、目前关于半导体光催化剂的研究多集中于纳米粉体的制备和性能提升，针对如何解决粉体材料难回收的问题研究尚浅。此前大家关注的重点多是通过用纤维、薄膜来负载或是增加磁性等方法来解决问题，但一直未达到理想的效果。近年来，3d打印技术的兴起为解决粉体催化剂的回收问题提供了一个全新的解决方法。
5、3d打印技术又称增材制造技术，相比传统机械加工减材制造和模具成型技术，3d打印高度融合了数字化三维模型设计和控制技术，能够利用热熔、激光、挤出沉积等多种手段，将粉末颗粒、线材、浆料悬浮液等离散原材料按照分割模型路径以不采用任何模具的方式累积“生长”起来，实现树脂、金属、陶瓷等材料复杂形状构件的快速成型。可以高效成型传统工艺难以制造甚至无法制造的多壁、封闭腔体和连通结构的部件，具有个性化、高效化、高精度和节约化等优势。因此，理论上可以在不需要调整特定工艺的情况下制造各种几何形状的实体零部件，是材料成型与制备技术的前沿研究热点之一。随着对3d打印技术的深入研究，现在可打印的材料类型已有光敏树脂、橡胶、人造骨粉、金属材料和陶瓷材料等。
6、直写成型(direct ink writing，diw)是在计算机控制下通过挤出流变性能适宜的浆料形成连续填料来层层组装3d构件的3d打印技术；与熔融沉积制造(fdm)通过凝固热塑性塑料或是光固化(sla)利用紫外光使材料保持形状不同，diw是在室温条件下利用假塑性流体的流变特性实现成型，通过较高的浆料弹性模量和屈服应力来保持形状。该方法能够灵活设计多壁和连通孔隙的3d结构，有助于宏观比表面积的提升，且其浆料形式的原料有助于tio2在载体材料中的均匀分散和微观孔结构的调控，因此结合宏观结构的设计可以实现宏观-微观多级孔均质光催化器件的成型。目前diw在光催化领域的应用才刚起步，且利用fdm或sla打印的支架在会在反应中呈现化学惰性并占据一定的体积使材料反应位点减少，因此仅使用少量树脂等作粘接剂或直接使用前驱体即可调配打印“墨水”的diw法有更多的优势。目前diw技术在光催化领域的研究还不完善，尤其对于3d打印复合材料的制备大多是直接将复合材料粉体直接打印成型。该方法虽然工艺简单，但是复合的窄带隙材料一般比传统的tio2、zno更加昂贵，且有相当一部分位于构件内部，难以受光线激发进而参与催化反应，造成了极大的浪费。
7、基于此，提供一种既能提高复合粉体的回收率，又能提高光催化材料的吸附和催化性能的3d打印的复合光催化材料的制备方法具有重要意义。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种3d打印的复合光催化材料及其制备方法，用以解决现有技术中复合光催化剂的回收利用率低、纯度低，吸附和光催化性能低的技术问题。
2、为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
3、本专利技术提供了一种3d打印的复合光催化材料的制备方法，包括以下步骤：
4、(1)将柠檬酸、无水乙醇、钛酸四丁酯和水混合后顺次进行搅拌、陈化，得到tio2前驱体溶液；
5、(2)将tio2前驱体溶液、聚乙烯醇溶液和二氧化钛p25粉末混合得到打印浆料；
6、(3)将打印浆料顺次进行3d打印、热处理得到tio2基体；
7、(4)将五水硝酸铋、碘化钾和乙二醇溶液混合，得到bixoyiz前驱体溶液；
8、(5)将tio2基体和bixoyiz前驱体溶液进行溶剂热反应，得到3d打印的复合光催化材料。
9、进一步的，所述柠檬酸、无水乙醇、钛酸四丁酯和水的质量体积比为12～15g：30～50ml：18～22ml：3～5ml。
10、进一步的，步骤(1)中，所述搅拌的转速为900～1100r/min，陈化的时间为6～8d；
11、步骤(2)中，所述混合的转速为900～1100r/min。
12、进一步的，步骤(2)中，所述tio2前驱体溶液、聚乙烯醇溶液和二氧化钛p25粉末的体积质量比为8～12ml：1ml：8～12g；所述聚乙烯醇溶液的质量浓度为6～9％。
13、进一步的，步骤(3)中，所述3d打印的打印速度为3～5mm/s，挤出压力为30～40psi。
14、进一步的，步骤(3)中，所述热处理的温度为350～450℃，时间为2～4h。
15、进一步的，步骤(4)中，五水硝酸铋和碘化钾的摩尔比为0.5～2：0.5～2；
16、所述五水硝酸铋和乙二醇溶液的摩尔体积比为3mmol：65～75ml；
17、乙二醇溶液的质量分数为99.7％。
18、进一步的，步骤(5)中，所述溶剂热反应的温度为110～150℃，时间2～12h。
19、进一步的，步骤(5)中，所述tio2基体和bixoyiz前驱体溶液的质量体积比为5g：60～80ml。
20、本专利技术提供了一种所述的制备方法制备本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种3D打印的复合光催化材料的制备方法，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，所述柠檬酸、无水乙醇、钛酸四丁酯、和水的质量体积比为12～15g：30～50mL：18～22mL：3～5mL。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述搅拌的转速为900～1100r/min，陈化的时间为6～8d；
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述TiO2前驱体溶液、聚乙烯醇溶液和二氧化钛P25粉末的体积质量比为8～12mL：1mL：8～12g；所述聚乙烯醇溶液的质量浓度为6～9％。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述3D打印的打印速度为3～5mm/s，挤出压力为30～40psi。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述热处理的温度为350～450℃，时间为2～4h。
7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，五水硝酸铋和碘化钾的摩尔比为0.5～2：0.5～2；
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，所述溶剂热反应的温度为110～150℃，时间为2～12h。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，所述TiO2基体和BixOyIz前驱体溶液的质量体积比为5g：60～80mL。
10.权利要求1～9任意一项所述的制备方法制备得到的3D打印的复合光催化材料，其特征在于，所述3D打印的复合光催化材料为BixOyIz/TiO2，其中，1≤x≤4，1≤y≤5，1≤z≤2。
...【技术特征摘要】
1.一种3d打印的复合光催化材料的制备方法，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，所述柠檬酸、无水乙醇、钛酸四丁酯、和水的质量体积比为12～15g：30～50ml：18～22ml：3～5ml。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述搅拌的转速为900～1100r/min，陈化的时间为6～8d；
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述tio2前驱体溶液、聚乙烯醇溶液和二氧化钛p25粉末的体积质量比为8～12ml：1ml：8～12g；所述聚乙烯醇溶液的质量浓度为6～9％。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述3d打印的打印速度为3～5mm/s，挤出压力为30～40psi。<...
【专利技术属性】
技术研发人员：李翠霞，袁博，杨志忠，王安航，张鑫，金海泽，于富成，
申请(专利权)人：兰州理工大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。