本发明专利技术公开了一种具有吸附‑可见光催化降解协同作用的复合材料及其制备方法和用途。具体而言，本发明专利技术首先合成碘氧化铋/氯氧化铋复合纳米颗粒负载活性炭纤维复合材料ACF@BiOIxCl1‑x，然后在纤维表面接枝聚乙烯亚胺，得到最终的复合材料PEI‑g‑ACF@BiOIxCl1‑x。本发明专利技术的复合材料可以快速吸附水中的污染物，同时利用表面负载的光催化剂对污染物进行高效降解，并且解决了光催化剂的回收及循环使用的问题，提高了材料的综合处理能力和使用寿命，降低了使用成本。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于无机-聚合物复合材料
，涉及一种同时具备吸附性能和可见光催化降解性能的复合材料，其制备方法，及其在去除水体中的有机污染物（如有机染料）中的用途。
技术介绍
随着我国染料工业的飞速发展，大量排放的染料废水已经成为当前最主要的有害工业废水之一。染料废水具有成分复杂、水质变化大、有机物浓度高、碱性大、色度高、可生化性差等特点，是工业废水中的处理难点。传统的染料废水处理方法主要有物理法（吸附法、膜分离法）、化学氧化法和生物法等。其中，吸附法主要是利用材料的多孔性来吸附水中的污染物，因此需要对材料进行后处理，材料的再生比较困难，重复利用难度较高；膜分离法只能实现分离，而不能彻底降解污染物，而且易造成堵塞，需要定期更换，运行成本高；化学氧化法对有机物降解效果较好，但易产生沉淀或二次污染；生物法是相对比较经济且易于推广的方法，但微生物对于pH及温度等条件均有严格的要求，难以适应水质波动较大、高碱度和高毒性的染料废水，对于分子量大、结构复杂的有机物染料分子，微生物更加显得力不从心。因此，寻求高效、绿色且经济的染料废水处理方法已经成为国内外的研究热点。近几十年来，利用半导体光催化技术降解污染物的研究不断地涌现并且日渐深入。与传统技术相比，光催化技术直接利用丰富的天然能源——太阳光对水中和空气中的各类污染物进行降解和矿化，彻底氧化有机物而不产生二次污染。此外，光催化降解的条件温和，无需外加氧化剂，处理过程安全，成本低。因此，采用绿色环保、高效无毒及适应性好的光催化技术在印染废水处理方面展现出极大的潜力。到目前为止，人们开发了多种光催化剂，但绝大多数都是纳米级的粉体颗粒，使其在使用过程中易于团聚和流失，不但难以回收，并且会造成二次污染。另外，紫外光响应的光催化剂虽然具有较高的催化效率，但对太阳光总能量的利用率较低（紫外光只占太阳光总能量的5%，可见光约占45%）。已有文献报道，通过将一种在紫外光区具有光响应的半导体（光催化效率较高，禁带宽度较大）与另一种禁带宽度较大的半导体（可在可见光区实现光催化，但催化效率较低）复合的方法，可以制得禁带宽度适中的二元复合光催化剂，其既能在可见光区实现光响应，大大提高对太阳光的利用程度，又具有较高的光催化效率。但是，该光催化材料不能主动富集空气或水体中的污染物分子，大大限制了光催化效率。
技术实现思路
针对上述情况，本专利技术的目的在于提供一种具有吸附-可见光催化降解协同作用并且可以重复使用的复合材料，用于制备该复合材料的方法，以及利用该复合材料来去除水体中的有机污染物的用途。为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种具有吸附-可见光催化降解协同作用的复合材料的制备方法，其包括如下步骤：（1）制备碘氧化铋/氯氧化铋复合纳米颗粒负载活性炭纤维复合材料：将五水合硝酸铋（Bi(NO3)3·5H2O）和活性炭纤维（ACF）溶于溶剂中，得到A溶液；另将碘化钾（KI）和氯化钾（KCl）溶于溶剂中，得到B溶液；在搅拌条件下，将B溶液滴加到A溶液中，混合均匀后，将混合液转移至水热反应釜中，于120~180℃反应10~16小时；反应结束后，取出反应釜，冷却后打开，过滤收集纤维状产物，经洗涤、干燥，得到碘氧化铋/氯氧化铋复合纳米颗粒负载活性炭纤维复合材料（ACF@BiOIxCl1-x）；其中：所述五水合硝酸铋、碘化钾、氯化钾之间的摩尔比为1:x:(1-x)，并且0<x<1；所述五水合硝酸铋与活性炭纤维之间的比例为1 mol:25~50 g；（2）接枝聚乙烯亚胺：将步骤（1）中获得的碘氧化铋/氯氧化铋复合纳米颗粒负载活性炭纤维复合材料分散于溶剂中，加入硅烷偶联剂，于60~80℃搅拌反应4~8小时，再加入聚乙烯亚胺水溶液，继续搅拌反应4~6小时；反应结束后，冷却并过滤收集纤维状产物，经洗涤、干燥，得到聚乙烯亚胺接枝型碘氧化铋/氯氧化铋复合纳米颗粒负载活性炭纤维复合材料（PEI-g-ACF@BiOIxCl1-x），即具有吸附-可见光催化降解协同作用的复合材料；其中：所述碘氧化铋/氯氧化铋复合纳米颗粒负载活性炭纤维复合材料、硅烷偶联剂、聚乙烯亚胺水溶液之间的比例为50 mg:50 μL:1~10 g。优选的，在上述制备方法中，步骤（1）中所述溶剂选自水、乙醇、乙二醇、丙三醇中的任意一种或其任意比例的混合物，优选乙二醇。优选的，在上述制备方法中，步骤（1）中所述五水合硝酸铋、碘化钾、氯化钾之间的摩尔比为1:0.5:0.5或1:0.25:0.75。优选的，在上述制备方法中，步骤（1）中所述五水合硝酸铋与活性炭纤维之间的比例为1 mol:25 g。优选的，在上述制备方法中，步骤（2）中所述溶剂选自乙腈、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺中的任意一种或其任意比例的混合物，优选N,N-二甲基甲酰胺。优选的，在上述制备方法中，步骤（2）中所述硅烷偶联剂为3-溴丙基三甲氧基硅烷或3-氯丙基三甲氧基硅烷，优选3-溴丙基三甲氧基硅烷。优选的，在上述制备方法中，步骤（2）中所述聚乙烯亚胺水溶液的质量浓度为10%，其中聚乙烯亚胺的重均分子量为600~10000。优选的，在上述制备方法中，步骤（2）中所述碘氧化铋/氯氧化铋复合纳米颗粒负载活性炭纤维复合材料、硅烷偶联剂、聚乙烯亚胺水溶液之间的比例为50 mg:50 μL:10 g。通过上述制备方法得到的具有吸附-可见光催化降解协同作用的复合材料。上述具有吸附-可见光催化降解协同作用的复合材料在去除水体中带负电荷的有机污染物（如阴离子染料）中的用途。与现有技术相比，采用上述技术方案的本专利技术具有下列优点：（1）碘氧化铋/氯氧化铋二元复合光催化纳米颗粒负载活性炭纤维复合材料（ACF@BiOIxCl1-x）是将纳米光催化剂负载在丝状活性炭纤维材料表面，得到的宏观复合材料具有可分离和可重复使用的特性；（2）活性炭纤维本身具有优越的导电性，可以使光催化降解过程中产生的电子-空穴对的分离效率得到增强，从而提高复合材料的光催化活性，更有效地实现针对污染物分子的降解和去除；（3）聚乙烯亚胺（PEI）是一种水溶性聚合物，支化的聚乙烯亚胺结构中含有丰富的氨基，表面带正电荷，可以通过静电作用来吸附水体中的阴离子染料（如偶氮染料、酸性染料等）；本专利技术中将低分子量PEI通过化学接枝的方法修饰到ACF@BiOIxCl1-x表面，既可以对光催化纳米颗粒的负载起到保护作用，增加其在水中的机械强度，又可以降低材料的表面能，进一步提高材料表面的亲水性，增加污染物分子与材料表面的接触程度，从而使复合材料具有优异的吸附特性；（4）本专利技术的聚乙烯亚胺接枝型碘氧化铋/氯氧化铋二元复合光催化纳米颗粒负载活性炭纤维复合材料（PEI-g-ACF@BiOIxCl1-x）通过吸附-光催化降解协同作用来实现针对水体中的有机污染物分子（如酸性红有机染料分子）的高效去除，首先通过表面氨基的吸附作用将有机污染物分子富集到材料表面，然后在光照下将其降解，材料本身得到再生，可以实现重复使用，提高了该复合材料的综合处理能力和使用寿命。附图说明图1为碘氧化铋/氯氧化铋复合纳米颗粒负载活性炭纤维复合材料（ACF@BiOIxCl1-x）的扫描电镜图，其中左上角为未负载光催化纳米颗粒的活性炭纤维的扫描电本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种具有吸附‑可见光催化降解协同作用的复合材料的制备方法，其包括如下步骤：1）制备碘氧化铋/氯氧化铋复合纳米颗粒负载活性炭纤维复合材料：将五水合硝酸铋和活性炭纤维溶于溶剂中，得到A溶液；另将碘化钾和氯化钾溶于溶剂中，得到B溶液；在搅拌条件下，将B溶液滴加到A溶液中，混合均匀后，将混合液转移至水热反应釜中，于120~180℃反应10~16小时；反应结束后，取出反应釜，冷却后打开，过滤收集纤维状产物，经洗涤、干燥，得到碘氧化铋/氯氧化铋复合纳米颗粒负载活性炭纤维复合材料；其中：所述五水合硝酸铋、碘化钾、氯化钾之间的摩尔比为1:x:(1‑x)，并且0<x<1；所述五水合硝酸铋与活性炭纤维之间的比例为1 mol:25~50 g；2）接枝聚乙烯亚胺：将步骤1）中获得的碘氧化铋/氯氧化铋复合纳米颗粒负载活性炭纤维复合材料分散于溶剂中，加入硅烷偶联剂，于60~80℃搅拌反应4~8小时，再加入聚乙烯亚胺水溶液，继续搅拌反应4~6小时；反应结束后，冷却并过滤收集纤维状产物，经洗涤、干燥，得到具有吸附‑可见光催化降解协同作用的复合材料；其中：所述碘氧化铋/氯氧化铋复合纳米颗粒负载活性炭纤维复合材料、硅烷偶联剂、聚乙烯亚胺水溶液之间的比例为50 mg:50 μL:1~10 g。...
【技术特征摘要】
1.一种具有吸附-可见光催化降解协同作用的复合材料的制备方法，其包括如下步骤：1）制备碘氧化铋/氯氧化铋复合纳米颗粒负载活性炭纤维复合材料：将五水合硝酸铋和活性炭纤维溶于溶剂中，得到A溶液；另将碘化钾和氯化钾溶于溶剂中，得到B溶液；在搅拌条件下，将B溶液滴加到A溶液中，混合均匀后，将混合液转移至水热反应釜中，于120~180℃反应10~16小时；反应结束后，取出反应釜，冷却后打开，过滤收集纤维状产物，经洗涤、干燥，得到碘氧化铋/氯氧化铋复合纳米颗粒负载活性炭纤维复合材料；其中：所述五水合硝酸铋、碘化钾、氯化钾之间的摩尔比为1:x:(1-x)，并且0<x<1；所述五水合硝酸铋与活性炭纤维之间的比例为1 mol:25~50 g；2）接枝聚乙烯亚胺：将步骤1）中获得的碘氧化铋/氯氧化铋复合纳米颗粒负载活性炭纤维复合材料分散于溶剂中，加入硅烷偶联剂，于60~80℃搅拌反应4~8小时，再加入聚乙烯亚胺水溶液，继续搅拌反应4~6小时；反应结束后，冷却并过滤收集纤维状产物，经洗涤、干燥，得到具有吸附-可见光催化降解协同作用的复合材料；其中：所述碘...
【专利技术属性】
技术研发人员：蒋军，路建美，李娜君，陈冬赟，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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