[发明专利]一种聚乙二醇单甲醚修饰的二氧化锡量子点光催化剂的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚乙二醇单甲醚修饰的二氧化锡量子点（PEGME-SnO₂ QDs）的制备，特别提出PEGME-SnO₂ QDs在光催化污水处理方面的应用，属于功能材料领域。

发明内容

当前，地球环境污染日益加剧，化工、印染等行业废水污染尤甚，为净化水源，保护环境，污水处理越来越受到民众、政府及企业的重视。光催化污水处理技术主要通过对添加有催化剂的污水施加一定时间的光照，从而达到污水处理、净化的目的。其实施过程简单，成本相对较低，检测方便，催化剂可重复利用，而且绿色、高效，因此光催化处理技术是目前应用于化工、印染等行业废水处理、净化的重要技术。

光催化污水处理中常用的光催化剂大多为半导体材料，如二氧化钛(TiO₂)、氧化锌(ZnO)、硫化镉(CdS)、二氧化锡(SnO₂)等多种氧化物或硫化物半导体，其中TiO₂因其氧化能力强，化学性质稳定无毒，成为世界上最当红的纳米光催化材料。在早期，人们也曾经较多地使用过CdS和ZnO作为光催化剂，但是由于二者的化学性质不稳定，会在光催化的同时发生光溶解，溶出具有一定的生物毒性的金属离子，故发达国家目前已经很少将它们用作民用光催化材料，只有部分工业光催化领域还在使用。而SnO₂因其具有较大的激子束缚能（~130 meV），处于导带上的自由电子向价带的直接辐射跃迁被禁阻，这就意味着可以产生更多的自由电子，从而促进光催化效率的提升；并且，因为SnO₂材料抗辐射能力强，化学稳定性好，在此基础上通过聚合物修饰制备出具有高单分散性、小尺寸的SnO₂量子点，从而保证其较大的比表面积，进一步提高光催化效率；另外，其还具有安全、无毒、稳定，原料充分廉价，批量制备简易等优良特点，SnO₂量子点有望作为一种高效的光催化剂在废水处理、净化环境的实际应用中发挥作用。

发明内容

量子点的稳定性、分散性、尺寸以及结晶度对其光催化性能有着重要的影响，本发明的目的是提出一种新颖的、高效的、安全无毒的光催化材料，提供一种具有较高稳定性、分散性好以及小尺寸的聚乙二醇单甲醚修饰的二氧化锡量子点（PEGME-SnO₂ QDs）光催化剂的制备方法以及PEGME-SnO₂ QDs作为催化剂用来催化降解污水中典型的有机污染物RhB（罗丹明 B）的应用，并且给出光催化的性能指标。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种聚乙二醇单甲醚修饰的二氧化锡量子点光催化剂的制备方法，其特征是，包括以下步骤：

1）将8.7645 g的SnCl₄·5H₂O溶解在50 mL去离子水中，并在室温下磁力搅拌30分钟，得到Sn离子浓度为0.5 mol/L的水溶液；

2）将所得水溶液倒入反应釜中，并在180 ℃下水热处理2小时，得到悬浊液；

3）将所得悬浊液离心，得到沉淀物；取出沉淀物后在沉淀物中加入5 mL聚乙二醇单甲醚并超声1小时，得到PEGME-SnO₂ QDs溶胶；

4）将所得PEGME-SnO₂ QDs溶胶在过量乙醇中反复沉淀、离心洗涤3次后置于60 ℃环境下烘干10小时，得到PEGME-SnO₂ QDs粉末，即制得聚乙二醇单甲醚修饰的二氧化锡量子点光催化剂。

上述制得的聚乙二醇单甲醚修饰的二氧化锡量子点光催化剂的应用，其特征是，包括以下步骤：

1）将50 mg PEGME-SnO₂ QDs溶液溶解到50 mL 10^-5 mol/L的RhB水溶液中，得到混合溶液；

2）将所得混合溶液置于黑暗环境中并在室温下磁力搅拌1小时，以保证PEGME-SnO₂ QDs光催化剂和RhB之间达到吸附-去吸附平衡，得到悬浊液；

3）将所得悬浊液倒入光化学反应仪中进行光催化，即用300瓦高压汞灯进行紫外光照射；

4）光催化过程中，每隔10分钟从反应仪中抽取5 mL反应液并离心以分离光催化剂，通过可见分光光度计测量RhB在其特征吸收波长553 nm处的吸收强度以监测光催化降解的效果。

所述的高压汞灯的入射波长大于254 nm。