一種二氧化鈦/殼聚糖層層自組裝復合薄膜材料的制備及應用
【技術領域】
[0001]本發明屬于材料技術領域，特別涉及一種二氧化鈦/殼聚糖層層自組裝復合薄膜材料的制備及應用。
【背景技術】
[0002]隨著工業技術現代化程度的提高，人類在享受迅速發展的科技所帶來的舒適與方便的同時，也承受著盲目和短視造成的生存環境不斷惡化的災難。環境污染的潛在影響嚴重地威脅著人類的繼續繁衍和生存。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容。如何有效地去除在工業廢水中的表面活性劑、染料、重金屬離子等有毒物質，大氣中的有機廢氣和有毒氣體，成為各研究領域的熱門話題。
[0003]二氧化鈦作為光催化劑具有高效、穩定性好、價格便宜、無毒、催化范圍廣、能有效去除多種有機污染物的特點，在水處理和空氣凈化領域具有廣闊的應用前景。用作光催化劑的二氧化鈦多采用懸浮相，存在易團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。傳統意義上，薄膜型的二氧化鈦與傳統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體系在可見光區域的應用和發展。同時，利用單一的二氧化鈦，光誘導產生的電荷利用效率低，也是光催化效率低的原因之一。因此，有必要開發在日光照射下能有效降解有機污染物的薄膜型二氧化鈦催化劑。
[0004]殼聚糖是迄今為止發現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，是一類有開發利用前景的新型水處理材料。
[0005]如何設計一種合理的復合材料，集二氧化鈦、殼聚糖的優點于一體，利用兩者之間的有效協同作用，能夠對有機染料進行有效降解與吸附，這是目前亟待解決的技術課題。
【發明內容】
[0006]為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種二氧化鈦/殼聚糖層層自組裝復合薄膜材料的制備及應用，通過層層自組裝的方法制備得到多層結構的復合薄膜材料，該復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、吸附穩定性好、重復利用率高
[0007]為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是:
[0008]—種二氧化鈦/殼聚糖層層自組裝復合薄膜材料的制備，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體積分數為5 %?8 %的乙酸溶液中，并在常溫下持續攪拌4?6h，其中殼聚糖的質量分數為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，其中二氧化鈦的質量分數為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個雙層的二氧化鈦/殼聚糖復合薄膜材料；
[0014]步驟6，將所得復合薄膜材料在70 0C?90 0C的烘箱內干燥24?36h。
[0015]在所述步驟5之后，步驟6之前，再次重復步驟4和步驟5，直至得到含有15?20個雙層的復合薄膜材料。
[0016]所述Piranha溶液的配制方法為:質量份數95 %?98 %的濃硫酸與質量份數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構為銳鈦礦性，其粒徑尺寸為20 土 2nm。
[0018]本發明所得復合薄膜材料用于可用于去除有機染料亞甲基藍，具體地，將所述復合薄膜材料料用作光催化劑添加入含有亞甲基藍的溶液中，添加量為每升亞甲基藍溶液添加0.5g?1.5g，亞甲基藍溶液的濃度為10mg/L?100mg/L，反應溫度控制在25°C?35°C之間，pH控制在7± I。
[0019]與現有技術相比，本發明利用兩種原料(二氧化鈦、殼聚糖)的各自優點合成一種層層自組裝的復合薄膜材料。制備過程簡單，復合薄膜表面均一，制備過程簡單，可控性強。兩種原料來源豐富，價格低廉，且合成產品對環境友好，不會造成二次污染。
【附圖說明】
[0020]圖1是實施例5 二氧化鈦/殼聚糖的掃描電子顯微鏡SEM照片。
[0021]圖2是實施例5二氧化鈦/殼聚糖的拉曼光譜圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖和實施例詳細說明本發明的實施方式。
[0023]—種二氧化鈦/殼聚糖復合薄膜的制備方法，包括如下步驟:
[0024]實施例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體積分數為5 %的乙酸溶液中，并持續在常溫下攪拌4h，保證殼聚糖的質量分數在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的烘箱內干燥24h。
[0029]實施例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體積分數為5 %的乙酸溶液中，并持續在常溫下攪拌4h，保證殼聚糖的質量分數在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，保證二氧化鈦的質量分數在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個雙層的二氧化鈦/殼聚糖復合薄膜材料，標記為(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的烘箱內干燥24h。
[0036]實施例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體積分數為5 %的乙酸溶液中，并持續在常溫下攪拌4h，保證殼聚糖的質量分數在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