[发明专利]一种PANI/TiO2

说明书

本发明公开了一种PANI/TiO₂纳米复合光催化材料及制备方法和应用，采用苯胺跟钛源原位反应，制备得到的TiO₂和PANI两相达到分子级别的混和，不仅使TiO₂对光的吸收范围拓展到可见光区域，而且有利于光生电子和空穴在两相间的输运和分离，显著增加了催化剂的光催化效率。制备得到的纳米复合光催化剂应用于罗丹明B溶液的降解，表现出优异的可见光降解性能。本发明的优点在于，聚苯胺和TiO₂两相达到分子级别的混合，界面接触面积大，结合紧密，有利于光生电子‑空穴在两相间的输运和分离；制备流程简单，操作方便，不需要引入其他反应物，也无其他副产物生成，得到的纳米复合材料光催化性能优异。

技术领域

本发明属于纳米复合材料领域，尤其涉及一种PANI/TiO₂纳米复合光催化材料及制备方法。

背景技术

已有研究成果表明TiO₂因其高效、价廉、无毒、化学性质稳定、成本低等优点，受到研究者们广泛的重视。由于TiO₂光催化剂降解有毒物质和化学污染物不会产生二次污染、也无任何毒副作用，因而与传统的生物降解方法相比，使用TiO₂光催化剂降解有机污染物，便成为一种更为理想而有效的方法。Mattews 在1986年和1987年，用TiO₂/UV光催化法对水中含有的34种有机污染物进行了研究，发现他们的最终产物是CO₂和HCl等无机小分子，这更进一步说明，TiO₂光催化剂在降解有机污染物方面确实有传统方法所不能比拟的优势。除此之外，TiO₂光催化剂在污水处理、空气净化、消毒抗菌、水的净化，以及癌症治疗等领域中都得到了广泛的研究和应用。

但TiO₂光催化剂带隙较宽，只能被波长较短的紫外光激发，而这部分光只占太阳光的4%-6%，降低了对太阳光的利用率，因此如何高效地利用太阳光成为了人们研究的重点。目前，研究者们已经采用多种手段对TiO₂进行改性，包括半导体复合、非金属掺杂、金属掺杂、表面敏化等方法。其中采用导电聚合物进行表面敏化处理已有较多研究报道。CN104857995A提供一种纳米结构的聚苯胺（PANI）修饰的N掺杂二氧化钛复合光催化剂的制备方法，该催化剂使用尿素提供N元素，形成N掺杂，有效减小了TiO₂带隙宽度使吸收谱红移，从而提高了可见光光催化效率，再通过PANI修饰改性，同时实现二氧化钛光催化量子效率提高和增强可见光吸收的作用。CN105817269A提供一种炭化聚苯胺/二氧化钛复合光催化剂的制备方法，先采用溶胀法在单分散的聚苯乙烯微球表面包裹一层聚苯胺，接着利用钛酸四丁酯的水解继续包覆一层二氧化钛，最后高温烧结除去聚苯乙烯内核，得到炭化聚苯胺/二氧化钛复合光催化剂。CN102389836A提供了一种聚苯胺/二氧化钛/粘土纳米复合光催化剂及其制备方法，以四氯化钛和粘土为原料，采用原位合成法制备纳米二氧化钛/粘土复合材料，利用四氯化钛水解生成的盐酸提供苯胺聚合所需酸性环境，合成聚苯胺导电聚合物负载在二氧化钛表面，利用导电聚苯胺接受二氧化钛受光子激发产生的电子，抑制电子-空穴对复合，提高复合材料光催化性能。CN104383966A提供了三维有序大孔聚苯胺/二氧化钛复合光催化材料的制备方法。这些报道验证了聚苯胺改性TiO₂的可行性及其作用机制，但这些复合材料制备大多是通过在TiO₂表面进行苯胺的聚合，得到的复合材料中两相结合不紧密、接触界面面积较小。

发明内容

本发明的目的在于提供一种分子级别混合的PANI/TiO₂纳米复合材料，两者通过氧化还原反应同时生成，两相结合紧密、接触界面面积大，有利于光生电子-空穴的输运和分离，不仅扩展了光响应范围，也提高了光量子传输效率，从而提高光催化效率。

本发明的另一目的在于提供一种原料便宜、工艺简单、操作方便、产品光催化性能优异的PANI/TiO₂纳米复合光催化剂制备方法。