一种苝酰亚胺及其复合光催化材料、制备方法与在去除水体有机污染物中的应用技术

本发明专利技术公开了一种苝酰亚胺及其复合光催化材料、制备方法与在去除水体有机污染物中的应用；煅烧三聚氰胺，得到蜜勒胺；然后将蜜勒胺、苝四甲酸二酐、溶剂混合，得到混合物，再将混合物于惰性气氛中，通过溶剂热反应，得到苝酰亚胺；将苝酰亚胺分散至含有铋源和钨源的水溶液中，通过水热反应，得到苝酰亚胺/钨酸铋复合光催化材料。本发明专利技术构建有机‑无机复合光催化材料，一方面对可见光响应的有机光催化材料的引入可使复合光催化材料具有更宽的光谱响应范围；另一方面无机半导体催化剂的引入使复合材料能产生更具氧化性的活性自由基，增强复合材料对有机污染物的光催化降解性能，因此构建的有机‑无机复合光催化材料具有优异的催化性能。

Perylene imide and its composite photocatalysis material, preparation method and application in removal of organic pollutants in water

【技术实现步骤摘要】
一种苝酰亚胺及其复合光催化材料、制备方法与在去除水体有机污染物中的应用
本专利技术属于有机-无机纳米复合材料领域，同时涉及光催化氧化领域，具体涉及一种基于苝酰亚胺的苝酰亚胺/钨酸铋有机无机复合光催化材料、其制备方法及其在光催化去除水体有机污染物中的应用。
技术介绍
随着工业生产的发展，人类直接或间接地向环境排放超过其自净能力的有害物质，使我们的生存环境受到了严重恶化，环境污染成为越来越亟待解决的问题。光催化作为一种新型的清洁技术，为环境治理提供了新思路和新途径。光催化技术可以将低密度的太阳能转化为高密度的电能、化学能。同时，光催化剂可以在光照条件下产生多种具有活性的自由基用以降解水中的各种有机污染物，使之光氧化为无毒物质，在有机物降解方面有着广泛的应用。利用光催化技术可以实现在室温条件下充分利用太阳光，具有低成本、无污染的优点，在水体中有机污染物治理方面有广泛的应用前景。目前，光催化材料主要分为无机半导体及有机光催化材料两大类。无机半导体材料光催化剂虽然具有催化活性好、适用环境广泛等特点，但大部分都是金属系半导体材料，这些半导体材料不仅会因为大量生产而增加经济成本，还会加剧金属离子污染。相比较而言，有机光催化材料因为其化学稳定性高和丰富的储量将会成为更好的选择。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种二维钨酸铋纳米片（BWO）负载于苝酰亚胺（PI）有机化合物表面上的复合光催化材料（PI@BWO）及其制备方法，构建可见光响应的复合光催化材料，通过光催化反应实现水体中有机污染物有效去除的目的。本专利技术构建有机-无机复合光催化材料，一方面对可见光响应的有机光催化材料的引入可使复合光催化材料具有更宽的光谱响应范围；另一方面无机半导体催化剂的引入使复合材料能产生更具氧化性的活性自由基，增强复合材料对有机污染物的光催化降解性能，因此构建的有机-无机复合光催化材料具有优异的催化性能。为达到上述目的，本专利技术采用如下具体技术方案：一种苝酰亚胺，其制备方法包括以下步骤：煅烧三聚氰胺，得到蜜勒胺；然后将蜜勒胺、苝四甲酸二酐、溶剂混合，得到混合物，再将混合物于惰性气氛中，通过溶剂热反应，得到苝酰亚胺。一种苝酰亚胺/钨酸铋复合光催化材料，其制备方法包括以下步骤：（1）煅烧三聚氰胺，得到蜜勒胺；然后将蜜勒胺、苝四甲酸二酐、溶剂混合，得到混合物，再将混合物于惰性气氛中，通过溶剂热反应，得到苝酰亚胺；（2）将步骤（1）的苝酰亚胺分散至含有铋源和钨源的水溶液中，通过水热反应，得到苝酰亚胺/钨酸铋复合光催化材料。一种去除水体有机污染物的方法，包括以下步骤：（1）煅烧三聚氰胺，得到蜜勒胺；然后将蜜勒胺、苝四甲酸二酐、溶剂混合，得到混合物，再将混合物于惰性气氛中，通过溶剂热反应，得到苝酰亚胺；（2）将步骤（1）的苝酰亚胺分散至含有铋源和钨源的水溶液中，通过水热反应，得到苝酰亚胺/钨酸铋复合光催化材料；（3）将苝酰亚胺/钨酸铋复合光催化材料加入含有有机污染物的水中，光照处理，实现水中有机污染物的去除。本专利技术进一步公开了所述苝酰亚胺/钨酸铋复合光催化材料在去除水体有机污染物中的应用；或者上述苝酰亚胺在制备去除水体有机污染物用复合光催化材料中的应用。本专利技术中，通过高温煅烧三聚氰胺的方法获得蜜勒胺，所述煅烧在空气中进行，优选的，煅烧为400~450℃的条件下煅烧3~5h，进一步优选的，煅烧时的升温速率为4~8℃/min。本专利技术中，溶剂热反应为惰性气体中，180~200℃下反应72~120h，优选惰性气体为氩气。本专利技术中，溶剂为DMF和乙二醇的混合物，优选的，蜜勒胺和苝四甲酸二酐的摩尔比为2∶3；DMF和乙二醇的体积比为1。本专利技术中，水热反应以十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）为模板剂，水热反应结束后，在苝酰亚胺表面生长钨酸铋纳米片，从而得到苝酰亚胺/钨酸铋复合光催化材料（PI@BWO），即苝酰亚胺/钨酸铋复合光催化材料；水热反应为120~180℃反应12~24h。本专利技术中，铋源为五水合硝酸铋，钨源为二水合钨酸钠，铋源和钨源的摩尔比为2∶1；优选的，五水合硝酸铋、二水合钨酸钠、苝酰亚胺的质量比为97∶33∶（25~35），最好为97∶33∶30。本专利技术中，称取三聚氰胺置于带盖的瓷坩埚中；然后，将其盖好置于马弗炉设置升温速率为4~8℃/min，在空气氛围下于400~450℃的条件下煅烧3~5h，待冷却至室温后，对产物进行离心分离并用无水乙醇洗涤，然后在真空干燥箱中干燥，得到蜜勒胺；再采用溶剂热法合成上述苝酰亚胺（PI），首先，在磨口反应瓶中加入蜜勒胺、苝四甲酸二酐以及DMF和乙二醇，超声下分散1~2h；然后，通入氩气进行保护，并将其置于180~200℃的鼓风干燥箱中下反应72~120h，反应结束冷却至室温后，暗红色的产物用0.22~0.45μm的有机相微孔滤膜抽滤得到滤饼，并用DMF、丙酮、无水乙醇分别洗涤滤饼，然后在真空干燥箱中干燥12~24h，得到苝酰亚胺。本专利技术中，以铋源和钨源为前驱体，以十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）为模板剂，各取于烧杯中，加入去离子水溶解，室温搅拌0.5~1h，再加入上述苝酰亚胺，继续搅拌0.5~1h，得到均匀分散的悬浮液，接着超声分散1~2h，再转移至50mL聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，于120~180℃的鼓风干燥箱中反应12~24h；反应结束后，停止加热，待反应釜自然冷却至室温后对产物进行离心分离并用去离子水洗涤，得到苝酰亚胺/钨酸铋复合光催化材料（PI@BWO）。本专利技术中，水体有机污染物为酚类污染物；光照处理为可见光处理或者模拟可见光处理。本专利技术的优点：1.本专利技术公开的苝酰亚胺为有机光催化材料，具有骨架稳定，原材料来源丰富，成本低廉，合成及修饰手段多样化等优点。2.本专利技术公开的苝酰亚胺/钨酸铋复合光催化材料（PI@BWO）具有较大的比表面积，提供了大量的活性位点，进而促进其对水体中有机污染物的吸附以及表面催化反应，提高光催化效率。3.本专利技术公开的苝酰亚胺/钨酸铋复合光催化材料（PI@BWO）具有广泛的光响应范围，是一种良好的可见光光催化复合材料。附图说明图1为实施例一的苝酰亚胺（PI）的透射电镜照片（a）、红外图谱（b）以及核磁图谱（c）；图2为实施例三的苝酰亚胺/钨酸铋复合光催化材料（PI@BWO）的扫描电镜照片；图3为实施例三的苝酰亚胺/钨酸铋复合光催化材料（PI@BWO）的透射电镜照片；图4为实施例三的苝酰亚胺/钨酸铋复合光催化材料（PI@BWO）降解水体中双酚A的效果图。具体实施方式本专利技术中，苝酰亚胺的制备方法如下：煅烧三聚氰胺，得到蜜勒胺；然后将蜜勒胺、苝四甲酸二酐、溶剂混合，得到混合物，再将混合物于惰性气氛中，通过溶剂热反应，得到苝酰亚胺。苝酰亚胺/钨酸铋复合光催化材料的制备方法如下：（1）煅烧三聚氰胺，得到蜜勒胺；然后将蜜勒胺、苝四甲酸二酐、溶剂混合，得到混合物，再本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种苝酰亚胺，其特征在于，所述苝酰亚胺的制备方法包括以下步骤：煅烧三聚氰胺，得到蜜勒胺；然后将蜜勒胺、苝四甲酸二酐、溶剂混合，得到混合物，再将混合物于惰性气氛中，通过溶剂热反应，得到苝酰亚胺。/n

【技术特征摘要】
1.一种苝酰亚胺，其特征在于，所述苝酰亚胺的制备方法包括以下步骤：煅烧三聚氰胺，得到蜜勒胺；然后将蜜勒胺、苝四甲酸二酐、溶剂混合，得到混合物，再将混合物于惰性气氛中，通过溶剂热反应，得到苝酰亚胺。


2.根据权利要求1所述苝酰亚胺，其特征在于，所述煅烧在空气中进行，煅烧为400~450℃的条件下煅烧3~5h；溶剂热反应为惰性气体中，180~200℃下反应72~120h。


3.根据权利要求1所述苝酰亚胺，其特征在于，溶剂为DMF和乙二醇的混合物，蜜勒胺和苝四甲酸二酐的摩尔比为2∶3。


4.一种苝酰亚胺/钨酸铋复合光催化材料，其特征在于，所述苝酰亚胺/钨酸铋复合光催化材料的制备方法包括以下步骤：
（1）煅烧三聚氰胺，得到蜜勒胺；然后将蜜勒胺、苝四甲酸二酐、溶剂混合，得到混合物，再将混合物于惰性气氛中，通过溶剂热反应，得到苝酰亚胺；
（2）将步骤（1）的苝酰亚胺分散至含有铋源和钨源的水溶液中，通过水热反应，得到苝酰亚胺/钨酸铋复合光催...

【专利技术属性】
技术研发人员：路建美，李娜君，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32