一种环境响应型PNIPAM/Bi制造技术

本发明专利技术属于环境材料合成技术领域，具体涉及一种环境响应型PNIPAM/Bi

【技术实现步骤摘要】
一种环境响应型PNIPAM/Bi2O3的制备方法及其应用
本专利技术属于环境材料合成
，具体涉及一种环境响应型PNIPAM/Bi2O3的制备方法，及其可控性光催化降解环丙沙星。
技术介绍
近年来，半导体光催化技术因其节能环保而倍受关注。常规的光催化剂易受其宽带隙、光腐蚀、有毒、可见光利用率低的限制。作为新兴的铋系光催化剂，Bi2O3具有许多优势。它的带隙短，氧化还原电势低，无毒，低成本和强大的可见光响应能力。然而，Bi2O3在实际应用中仍然存在许多问题。实际废水中存在多种组分，例如酸度，碱度，阴离子和阳离子，这会影响Bi2O3的活性。这主要是因为光催化降解过程难以控制并且不具备智能响应的能力。如果能够控制光催化剂，则可以通过改变外部条件来开启或关闭光催化活性，这将是光催化领域的一项重大突破。智能响应型材料的引入能够很好地解决上述问题。智能响应材料广泛用于许多领域，例如蛋白质吸附和纯化，药物输送，催化作用，生物纳米技术和传感等。聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)是一种常用的智能响应材料，对温度和pH敏感十分敏感。PNIPAM的临界温度为32℃，并且在水溶液中具有可逆的亲水-疏水转变。当温度高于32℃时，疏水作用起主导作用，PNIPAM表现为收缩凝聚状态。当PNIPAM的温度低于32℃时会表现出膨胀状态。另外，随着pH值的变化，PNIPAM也表现出不同的状态。近几年，将智能响应材料应用到光催化领域的研究受到了广泛关注，引入智能响应材料实现对光催化剂吸附降解污染物过程的控制，然而，将无机半导体与智能响应材料结合的研究只有个别报道，而且制备思路均是先合成无机半导体，再在其上包覆智能响应材料。常用的合成方法有溶胶凝胶法、化学沉淀法、固相反应法等，但他们往往存在成本高、形貌难控制、效率低等缺点，而微波法具有操作简单、成本低、能调控形貌、效率高等优点。我们通过一步连续微波法将Bi2O3与PNIPAM结合，整个合成过程时间短、效率高，并且将无特殊形貌的Bi2O3转化为棒状复合材料。此外，据我们所知，通过一步连续微波法高效简便的合成智能响应纳米反应器是前所未有的。
技术实现思路
为了高效的解决抗生素残留问题，实现废水处理的可控性，我们将温度敏感、pH敏感的聚N-异丙基丙烯酰胺与氧化铋光催化剂结合，通过一步连续微波法合成环境响应型PNIPAM/Bi2O3。该复合材料在抗生素残留废水的治理中具有可控性，我们可以通过调节温度和pH来控制它吸附降解抗生素的效率。本专利技术还提供了一种环境响应型PNIPAM/Bi2O3的制备方法，按照下列步骤进行：步骤1：Bi2O3的合成：首先，将五水合硝酸铋和氢氧化钠溶解于正戊醇中，磁力搅拌至完全溶解，然后将完全溶解的溶液放入微波反应仪中进行反应，反应结束后待容器冷却至室温后，通过离心分离最终产物，并用无水乙醇洗涤出去过量的溶剂，记为产物A。步骤1中，加入的五水合硝酸铋：氢氧化钠：正戊醇的用量比例为1mmol：9mmol：50mL。步骤1中，微波反应仪中反应功率为800W，工作温度为70℃，工作时间为90min，搅拌速度为2000转/分钟。步骤2：环境响应型PNIPAM/Bi2O3的合成：将五水合硝酸铋和氢氧化钠溶解于正戊醇中，磁力搅拌至完全溶解，然后将完全溶解的溶液放入微波反应仪中进行反应一，反应一段时间后加入N-异丙基丙烯酰胺和AIBN，再继续进行微波反应二，反应结束后待容器冷却至室温后，分离出最终产物，洗涤除去过量的溶剂，真空干燥，得到环境响应型PNIPAM/Bi2O3。步骤2中，所述五水合硝酸铋：氢氧化钠：正戊醇：N-异丙基丙烯酰胺：AIBN的用量比例为1mmol：9mmol：50mL：0.5g：0.01g。所述微波反应仪中反应功率为800W，工作温度为70℃，反应一的反应时间为90min，搅拌速度为2000转/分钟。加入N-异丙基丙烯酰胺和AIBN后，所述微波反应仪中反应功率为800W，工作温度为70℃，反应二的反应时间为90min，搅拌速度为2000转/分钟。步骤2中，所述洗涤用的是无水乙醇，真空干燥温度为60℃，时间为12h。本专利技术的环境响应型PNIPAM/Bi2O3以Bi2O3为机体，在其表面包覆一层具有温度、pH敏感特性的聚N-异丙基丙烯酰胺层，通过它的温度、pH敏感特性，使吸附降解效果实现可控性。本专利技术制备的环境响应型PNIPAM/Bi2O3用于不同温度、pH条件下光催化降解环丙沙星的用途。将该材料用于100ml10mg/l的环丙沙星溶液的光催化降解，通过改变反应温度为25℃和45℃，以及调节反应pH为5和9，得到了不同的光催化降解效果。在25℃，pH＝9时，降解效果最好，为52.55％，在25℃，pH＝5和不调pH时，降解率分别为20.44％、49.03％。在45℃，pH＝5时，降解效果最差，为13.73％。在45℃，不调pH和pH＝9时，降解率分别为40.7％、41.63％。本专利技术的有益效果：(1)本专利技术制备的环境响应型PNIPAM/Bi2O3是通过一步连续微波法制备的，该方法操作简便、合成时间短、成本低、、效率高、可调控形貌，并且这种方法尚未报道，所以本专利技术方法具有独特性和创新性。(2)本专利技术制备的环境响应型PNIPAM/Bi2O3实现了Bi2O3形貌的转变，实现了Bi2O3从无特殊形貌转变为棒状结构，并且没有改变Bi2O3的晶体结构。(3)本专利技术制备的环境响应型PNIPAM/Bi2O3实现了性能的可控，通过对反应条件的控制实现了对环丙沙星吸附和降解过程的控制，这是光催化领域的一项重大突破。附图说明图1为不同样品的XRD谱图。a为环境响应型PNIPAM/Bi2O3、b为Bi2O3。图2为不同样品的FT-IR谱图。a为环境响应型PNIPAM/Bi2O3、b为Bi2O3。图3为Bi2O3和环境响应型PNIPAM/Bi2O3的SEM、TEM、EDS谱图。a、b和c分别为Bi2O3的SEM、TEM、EDS谱图，d、e和f分别为环境响应型PNIPAM/Bi2O3的SEM、TEM、EDS谱图。图4为紫外可见漫反射光谱图。a为环境响应型PNIPAM/Bi2O3、b为Bi2O3。图5为氮气吸附-脱附等温线及平均孔径分布曲线。A为Bi2O3，B为环境响应型PNIPAM/Bi2O3。图6为不同样品对环丙沙星的吸附和光降解考察图。A为吸附实验图，B为降解实验图。其中a为环境响应型PNIPAM/Bi2O3、b为Bi2O3。图7为环境响应型PNIPAM/Bi2O3在25℃，pH为7时的降解环丙沙星的循环实验图。具体实施方式下面结合具体实施实例对本专利技术做进一步说明。环丙沙星吸附活性评价：(1)取0.02gBi2O3和一个转子，还有100mL10mg/L的环丙沙星溶液(用HCl或者NaOH调节溶液pH)加入到光催化反应瓶中，将光催化反应瓶放入光催本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种环境响应型PNIPAM/Bi

【技术特征摘要】
1.一种环境响应型PNIPAM/Bi2O3的制备方法，其特征在于，包括下列步骤：
将五水合硝酸铋和氢氧化钠溶解于正戊醇中，磁力搅拌至完全溶解，然后将完全溶解的溶液放入微波反应仪中进行反应一，反应一段时间后加入N-异丙基丙烯酰胺和AIBN，再继续进行微波反应二，反应一段时间，反应结束后待容器冷却至室温后，分离出最终产物，洗涤除去过量的溶剂，真空干燥，得到环境响应型PNIPAM/Bi2O3。


2.根据权利要求1所述的环境响应型PNIPAM/Bi2O3的制备方法，其特征在于，
所述五水合硝酸铋：氢氧化钠：正戊醇：N-异丙基丙烯酰胺：AIBN的用量比例为1mmol：9mmol：50mL：0.5g：0.01g。


3.根据权利要求1所述的环境响应型PNIPAM/Bi2O3的...

【专利技术属性】
技术研发人员：逯子扬，朱晓蝶，储金宇，刘馨琳，宋旼珊，周国生，于泽惠，颜欢，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32