一种光催化复合材料及其制备改性PVDF膜的方法技术

本发明专利技术公开了一种光催化复合材料及其制备改性PVDF膜的方法，经盐酸处理后的(H)g‑C3N4，尺寸变小，且晶型结构有序性增大，可加速光生载流子向半导体颗粒表面的传输，提高了量子效率；采用其制备的(H)g‑C3N4/TiO2/Ag3PO4光催化复合材料中，三种材料接触面积更大，形成的三元异质结更多且更加均匀，具有良好的光催化活性、可循环重复利用，降解效果好，抗污染性能好，降低了催化降解的成本；添加(H)g‑C3N4/TiO2/Ag3PO4光催化复合材料改性的PVDF膜亲水性能好，膜通量大，抗污染性能强。

Photocatalytic composite material and method for preparing modified PVDF film

The invention discloses a photocatalytic composite material and a method for preparing the modified PVDF film. After treatment of (H) g C3N4, the size becomes smaller and the order of crystal structure increases, which can accelerate the transmission of the optical carrier to the surface of the semiconductor particles and improve the quantum efficiency; and the (H) g C3N4/TiO2/Ag3PO4 photocatalysis is used. In the composite, three kinds of materials have greater contact area, and the three element heterojunction is more and more uniform. It has good photocatalytic activity, recyclable and recyclable. The degradation effect is good, the anti pollution performance is good, and the cost of catalytic degradation is reduced. The PVDF membrane of the modified g C3N4/TiO2/ Ag3PO4 photocatalytic composite material has been added to the PVDF membrane. It has good water performance, high flux and strong resistance to pollution.

【技术实现步骤摘要】
一种光催化复合材料及其制备改性PVDF膜的方法
本专利技术涉及环境材料
，具体涉及一种光催化复合材料及其制备改性PVDF膜的方法。
技术介绍
膜处理技术是水污染控制工程领域的优选技术之一，其工艺流程短、出水水质好、集约化程度高、设备简单、操作方便，被广泛用于饮用水净化和污、废水处理及再利用中。目前，膜处理技术中常用的膜材料为聚合物膜材料，聚偏氟乙烯(PVDF)因具有优良的化学稳定性、耐辐射性、耐热性和易成膜等特性，被制成超滤膜产品广泛应用于水处理领域。但是，PVDF膜材料的表面能低，与水之间的亲和力差，在分离过程中对水分子的斥力是自发进行的熵增过程，易进行；而蛋白质或油类等疏水性有机污染物极易吸附到膜表面而导致膜严重污染，因膜污染造成的膜通量衰减及分离特性的改变使得膜运行成本大幅增加，使膜的经济性与可靠性受到不利影响，制约到PVDF膜材料的发展、应用及推广。光催化与膜分离耦合的技术正逐步应用于膜分离研究中。相关技术中，将TiO2引入PVDF铸膜体系，在紫外光的照射下，复合膜催化效率提高。但这种改性复合膜仅能在紫外光的照射下具有较好的抗污染性能。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的实施例提供了一种在模拟自然光下具有良好催化性能的光催化复合材料，将催化范围拓展到可见光区，并制备抗污染性能好的改性PVDF膜。为解决上述技术问题，本专利技术实施例采用的技术方案是，一种光催化复合材料，所述光催化复合材料为(H)g-C3N4/TiO2/Ag3PO4，由TiO2、Ag3PO4和经盐酸改性的g-C3N4复合而成；所述光催化复合材料中(H)g-C3N4作为载体，所述TiO2、Ag3PO4均匀复合在所述g-C3N4的表面。本专利技术实施例还提供了一种所述光催化复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)取适量的三聚氰胺煅烧，煅烧后自然冷却至室温研磨得到粉末状的g-C3N4；(2)取适量粉末状的g-C3N4于盐酸溶液中，搅拌后放入水热反应釜中，并将水热反应釜置于马弗炉中反应，反应完成后自然冷却至室温，进行真空抽滤得到固体样品；(3)去除所述固体样品中的大结晶颗粒，用乙醇与超纯水交替洗涤，洗涤干净后的固体样品置于真空干燥箱中干燥得到经盐酸处理的(H)g-C3N4；(4)取适量的聚乙烯吡咯烷酮溶解于水中，并向其中加入适量的TiO2和上述(H)g-C3N4，间断超声后进行搅拌；(5)向上述溶液中加入适量的AgNO3，继续搅拌至溶解；(6)向上述溶液中逐滴加入Na2HPO4溶液直至完全生成Ag3PO4，并在避光下进行搅拌；(7)搅拌完成后进行真空抽滤，并采用乙醇与水交替洗涤得到固体，将洗净的固体在真空干燥箱内得到(H)g-C3N4/TiO2/Ag3PO4光催化复合材料。优选地，所述步骤(1)中，煅烧温度为550±1℃，时间为2±0.1h。优选地，所述步骤(2)中，马弗炉中反应温度为140±1℃，时间为4±0.1h。优选地，所述步骤(4)中，所述TiO2与(H)g-C3N4的质量比为1:1。优选地，所述步骤(6)中，避光下搅拌时间为3～4h。本专利技术实施例还提供了一种采用制备的(H)g-C3N4/TiO2/Ag3PO4光催化复合材料改性PVDF膜的方法，包括以下步骤：(1)取适量的N,N-二甲基乙酰胺，并向其中加入适量的聚乙烯吡咯烷酮，搅拌；(2)在避光条件下，向上述溶液中加入(H)g-C3N4/TiO2/Ag3PO4，间断超声然后搅拌；(3)向上述溶液中加入适量的PVDF，并密封加热搅拌，使PVDF完全溶解得到均质的铸膜液；(4)将得到的铸膜液置于真空干燥箱中，敞口加热真空脱泡，脱泡完成后超声；(5)将脱泡后的铸膜液倒在洁净的玻璃板上，流延刮制液膜，将液膜连同玻璃板放入乙醇中浸泡，液膜在乙醇浴中固化后自行脱落形成膜片，将膜片取出并浸入蒸馏水中浸泡，去除膜片上残留的溶剂，得到(H)g-C3N4/TiO2/Ag3PO4-PVDF改性复合膜。优选地，所述步骤(3)中，密封加热温度为45～50℃，时间为3～4h。优选地，所述步骤(4)中，敞口加热真空脱泡的温度为45～50℃，时间为20～24h。优选地，所述步骤(5)中，蒸馏水中浸泡时间为24～28h。与相关技术比较，本专利技术的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本专利技术实施例的光催化复合材料，经盐酸处理后的(H)g-C3N4，尺寸变小，且晶型结构有序性增大，可加速光生载流子向半导体颗粒表面的传输，提高了量子效率，复合的(H)g-C3N4/TiO2/Ag3PO4中三种材料接触面积更大，形成的三元异质结更多且更加均匀，制备方法简便快速；应用其改性的PVDF膜抗污染性能强、光催化自洁性能高、膜通量恢复率高；可减少膜清洗带来的基建和运行成本，减少二次污染，延缓膜清洗周期，延长膜使用寿命，从根本上解决膜污染问题。附图说明图1是本专利技术实施例的光催化复合材料的扫描电镜示意图；图2是本专利技术实施例制备光催化复合材料的流程示意图；图3是本专利技术实施例的(H)g-C3N4的扫描电镜示意图；图4是本专利技术实施例的光催化复合材料及其对比材料的紫外-可见漫反射光谱示意图；图5是本专利技术实施例的光催化复合材料及其对比材料的禁带宽度示意图；图6是本专利技术实施例的光催化复合材料及其对比材料光致发光谱示意图；图7是本专利技术实施例的光催化复合材料及其对比材料降解罗丹明的示意图；图8是本专利技术实施例的光催化复合材料及其对比材料循环降解罗丹明的示意图；图9是本专利技术实施例的光催化复合材料循环利用的催化活性示意图；图10是本专利技术实施例的光催化复合材料制备改性PVDF膜的流程示意图；图11是本专利技术实施例的PVDF膜表面扫描电镜示意图；图12是本专利技术实施例的光催化复合材料制备的改性PVDF膜表面扫描电镜示意图；图13是本专利技术实施例的空白PVDF膜断面扫描电镜示意图；图14是本专利技术实施例的光催化复合材料制备的改性PVDF膜断面扫描电镜示意图；图15是本专利技术实施例的光催化复合材料制备的改性PVDF膜与空白PVDF膜的接触角对比示意图；图16是本专利技术实施例的光催化复合材料制备的改性PVDF膜与空白PVDF膜的通量恢复率对比示意图；图17是本专利技术实施例的光催化复合材料制备的改性PVDF膜与空白PVDF膜的可逆污染对比示意图；图18是本专利技术实施例的光催化复合材料制备的改性PVDF膜与空白PVDF膜的不可逆污染对比示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地描述。请参考图1，本专利技术的实施例提供了一种光催化复合材料，所述光催化复合材料为(H)g-C3N4/TiO2/Ag3PO4，由TiO2、Ag3PO4和经盐酸改性的g-C3N4复合而成；所述光催化复合材料中(H)g-C3N4作为载体，所述TiO2、Ag3PO4均匀复合在所述(H)g-C3N4的表面。三种材料的接触面积大，形成的三元异质结多且均匀，所述(H)g-C3N4具有更低的光生载流子的复合率，使本专利技术实施例的光催化复合材料具有更好的光催化活性。参照附图2、3，本专利技术实施例还提供了一种制备所述光催化复合材料的方法，包括以下步骤：(1)取适量的三聚氰胺煅烧，煅烧后自然冷却至室温研磨得到粉末状的g-C3N4；所述煅烧温度为550±1℃，时间为2±0.1h；(2)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光催化复合材料，其特征是，所述光催化复合材料为(H)g‑C3N4/TiO2/Ag3PO4，由TiO2、Ag3PO4和经盐酸改性的g‑C3N4复合而成；所述光催化复合材料中(H)g‑C3N4作为载体，所述TiO2、Ag3PO4均匀复合在所述(H)g‑C3N4的表面。

【技术特征摘要】
1.一种光催化复合材料，其特征是，所述光催化复合材料为(H)g-C3N4/TiO2/Ag3PO4，由TiO2、Ag3PO4和经盐酸改性的g-C3N4复合而成；所述光催化复合材料中(H)g-C3N4作为载体，所述TiO2、Ag3PO4均匀复合在所述(H)g-C3N4的表面。2.根据权利要求1所述的光催化复合材料改性PVDF膜的方法，其特征是，包括以下步骤：(1)取适量的N,N-二甲基乙酰胺，并向其中加入适量的聚乙烯吡咯烷酮，搅拌；(2)在避光条件下，向上述溶液中加入(H)g-C3N4/TiO2/Ag3PO4，间断超声然后搅拌；(3)向上述溶液中加入适量的PVDF，并密封加热搅拌，使PVDF完全溶解得到均质的铸膜液；(4)将得到的铸膜液置于真空干燥箱中，敞口加热真...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲍建国，何蕾，徐田田，王国辉，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：湖北,42