一種二氧化鈦/殼聚糖層層自組裝復(fù)合薄膜材料的制備及應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種二氧化鈦/殼聚糖層層自組裝復(fù)合薄膜材料的制備及應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著工業(yè)技術(shù)現(xiàn)代化程度的提高，人類在享受迅速發(fā)展的科技所帶來的舒適與方便的同時(shí)，也承受著盲目和短視造成的生存環(huán)境不斷惡化的災(zāi)難。環(huán)境污染的潛在影響嚴(yán)重地威脅著人類的繼續(xù)繁衍和生存。污水處理和空氣凈化因此成為各國科研工作者重要的研究內(nèi)容。如何有效地去除在工業(yè)廢水中的表面活性劑、染料、重金屬離子等有毒物質(zhì)，大氣中的有機(jī)廢氣和有毒氣體，成為各研究領(lǐng)域的熱門話題。
[0003]二氧化鈦?zhàn)鳛楣獯呋瘎┚哂懈咝?、穩(wěn)定性好、價(jià)格便宜、無毒、催化范圍廣、能有效去除多種有機(jī)污染物的特點(diǎn)，在水處理和空氣凈化領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。用作光催化劑的二氧化鈦多采用懸浮相，存在易團(tuán)聚和回收困難等問題，而薄膜型的二氧化鈦光催化劑可克服懸浮型的許多缺點(diǎn)。傳統(tǒng)意義上，薄膜型的二氧化鈦與傳統(tǒng)二氧化鈦光催化劑一樣，禁帶寬度為3.2eV，只能吸收波長小于387nm的紫外光，限制了二氧化鈦光催化反應(yīng)體系在可見光區(qū)域的應(yīng)用和發(fā)展。同時(shí)，利用單一的二氧化鈦，光誘導(dǎo)產(chǎn)生的電荷利用效率低，也是光催化效率低的原因之一。因此，有必要開發(fā)在日光照射下能有效降解有機(jī)污染物的薄膜型二氧化鈦催化劑。
[0004]殼聚糖是迄今為止發(fā)現(xiàn)的唯一天然堿性多糖，是由β -(1，4)-2-乙酰胺基-D-葡糖單元和β -(1，4)-2-氨基-D-葡糖單元組成的共聚物，具有良好的生物降解性和成膜性，可用作吸附劑、絮凝劑和膜分離材料，是一類有開發(fā)利用前景的新型水處理材料。
[0005]如何設(shè)計(jì)一種合理的復(fù)合材料，集二氧化鈦、殼聚糖的優(yōu)點(diǎn)于一體，利用兩者之間的有效協(xié)同作用，能夠?qū)τ袡C(jī)染料進(jìn)行有效降解與吸附，這是目前亟待解決的技術(shù)課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種二氧化鈦/殼聚糖層層自組裝復(fù)合薄膜材料的制備及應(yīng)用，通過層層自組裝的方法制備得到多層結(jié)構(gòu)的復(fù)合薄膜材料，該復(fù)合薄膜能有效催化降解及吸附印染廢水中染料，且吸附能力強(qiáng)、吸附穩(wěn)定性好、重復(fù)利用率高
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0008]—種二氧化鈦/殼聚糖層層自組裝復(fù)合薄膜材料的制備，包括如下步驟:
[0009]步驟1，以載玻片作為組裝膜材料的基體，使用前將載玻片在Piranha溶液中浸泡2?3h后，使用去離子水洗凈，并保存在去離子水中待用；
[0010]步驟2，將殼聚糖分散于10mL體積分?jǐn)?shù)為5 %?8 %的乙酸溶液中，并在常溫下持續(xù)攪拌4?6h，其中殼聚糖的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%?5% ;[0011 ] 步驟3，將二氧化鈦納米粒子加入到10mL去離子水中，混合均勻后超聲分散15?30min，形成二氧化鈦乳狀液，其中二氧化鈦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%?80% ；
[0012]步驟4，將步驟I的載玻片垂直放入步驟2的殼聚糖溶液中浸漬10?20min后，利用去離子水漂洗3?5min，除去表面多余的殼聚糖，再用壓縮空氣將膜表面吹干；
[0013]步驟5，將步驟4吹干后的載玻片垂直放入步驟3的二氧化鈦溶液中浸漬15?25min后，利用去離子水漂洗3?5min，除去表面多余的二氧化鈦，再用壓縮空氣將膜表面吹干，制得含I個(gè)雙層的二氧化鈦/殼聚糖復(fù)合薄膜材料；
[0014]步驟6，將所得復(fù)合薄膜材料在70 0C?90 0C的烘箱內(nèi)干燥24?36h。
[0015]在所述步驟5之后，步驟6之前，再次重復(fù)步驟4和步驟5，直至得到含有15?20個(gè)雙層的復(fù)合薄膜材料。
[0016]所述Piranha溶液的配制方法為:質(zhì)量份數(shù)95 %?98 %的濃硫酸與質(zhì)量份數(shù)O?30%的濃過氧化氫溶液按照體積比3:1混合即得。
[0017]所述二氧化鈦的晶型結(jié)構(gòu)為銳鈦礦性，其粒徑尺寸為20 土 2nm。
[0018]本發(fā)明所得復(fù)合薄膜材料用于可用于去除有機(jī)染料亞甲基藍(lán)，具體地，將所述復(fù)合薄膜材料料用作光催化劑添加入含有亞甲基藍(lán)的溶液中，添加量為每升亞甲基藍(lán)溶液添加0.5g?1.5g，亞甲基藍(lán)溶液的濃度為10mg/L?100mg/L，反應(yīng)溫度控制在25°C?35°C之間，pH控制在7± I。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明利用兩種原料(二氧化鈦、殼聚糖)的各自優(yōu)點(diǎn)合成一種層層自組裝的復(fù)合薄膜材料。制備過程簡單，復(fù)合薄膜表面均一，制備過程簡單，可控性強(qiáng)。兩種原料來源豐富，價(jià)格低廉，且合成產(chǎn)品對環(huán)境友好，不會(huì)造成二次污染。
【附圖說明】
[0020]圖1是實(shí)施例5 二氧化鈦/殼聚糖的掃描電子顯微鏡SEM照片。
[0021]圖2是實(shí)施例5二氧化鈦/殼聚糖的拉曼光譜圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式。
[0023]—種二氧化鈦/殼聚糖復(fù)合薄膜的制備方法，包括如下步驟:
[0024]實(shí)施例1
[0025]步驟1，以尺寸為1cmX3cm(長X寬)的載玻片作為組裝膜材料的基體，使用前在新配制的Piranha溶液中浸泡2h后，使用去離子水洗凈，并保存在去離子水中待用；浸泡過程中，會(huì)放出大量的熱和有毒氣體，使用過程必須小心。
[0026]步驟2，將定量殼聚糖分散于10mL體積分?jǐn)?shù)為5 %的乙酸溶液中，并持續(xù)在常溫下攪拌4h，保證殼聚糖的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在3% ;
[0027]步驟3，將載玻片垂直放入殼聚糖溶液中，浸漬1min后，利用去離子水漂洗3min，出去表面多余的殼聚糖，再用壓縮空氣將膜表面吹干，標(biāo)記為殼聚糖；
[0028]步驟4，將自組裝制備合成的樣品在70°C的烘箱內(nèi)干燥24h。
[0029]實(shí)施例2
[0030]步驟1，以尺寸為1cmX3cm(長X寬)的載玻片作為組裝膜材料的基體，使用前在新配制的Piranha溶液中浸泡2h后，使用去離子水洗凈，并保存在去離子水中待用。
[0031 ] 步驟2，將定量殼聚糖分散于10mL體積分?jǐn)?shù)為5 %的乙酸溶液中，并持續(xù)在常溫下攪拌4h，保證殼聚糖的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在3% ;
[0032]步驟3，將定量的平均粒徑小于20nm的二氧化鈦粒子加入到10mL去離子水中，混合均勻后超聲分散15min，形成二氧化鈦乳狀液，保證二氧化鈦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在70% ;
[0033]步驟4，將載玻片垂直放入殼聚糖溶液中，浸漬1min后，利用去離子水漂洗3min，出去表面多余的殼聚糖，再用壓縮空氣將膜表面吹干；
[0034]步驟5，將將載玻片垂直放入二氧化鈦溶液中，浸漬15min后，利用去離子水漂洗3min，出去表面多余的二氧化鈦，再用壓縮空氣將膜表面吹干。制得含I個(gè)雙層的二氧化鈦/殼聚糖復(fù)合薄膜材料，標(biāo)記為(二氧化鈦/殼聚糖)卩
[0035]步驟6，將自組裝制備合成的樣品在700C的烘箱內(nèi)干燥24h。
[0036]實(shí)施例3
[0037]步驟1，以尺寸為1cmX3cm(長X寬)的載玻片作為組裝膜材料的基體，使用前在新配制的Piranha溶液中浸泡2h后，使用去離子水洗凈，并保存在去離子水中待用；
[0038]步驟2，將定量殼聚糖分散于10mL體積分?jǐn)?shù)為5 %的乙酸溶液中，并持續(xù)在常溫下攪拌4h，保證殼聚糖的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在3% ;
[0039]步驟3，將定量的平均粒徑小于20nm的二氧化鈦粒子加入到10mL去離子水中，混合均勻后超聲分散15min，形成二氧化鈦乳狀液