本發(fā)明涉及光催化，具體為一種同面異端硬脂酸-二氧化鈦janus薄片及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、隨著全球工業(yè)化進(jìn)程的加速，廢水處理成為環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域亟待解決的問(wèn)題。在光照條件下，利用光催化劑，去除廢水中有機(jī)/無(wú)機(jī)污染物成為當(dāng)前研究的主要方向之一，研究者們致力于研發(fā)具有催化活性高且二次污染小的光催化劑。在眾多光催化劑中，二氧化鈦(tio2)因其氧化能力強(qiáng)、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、無(wú)毒無(wú)害等優(yōu)點(diǎn)，已成為廢水處理領(lǐng)域的優(yōu)選材料。然而，廢水多為水-油非均相體系，具有強(qiáng)親水性的二氧化鈦材料很難降解水-油非均相體系中的油溶性污染物，且二氧化鈦納米材料易團(tuán)聚、分散性差等缺點(diǎn)也嚴(yán)重的限制了二氧化鈦材料在水-油非均相體系中應(yīng)用。

2、二氧化鈦納米材料表面改性可以解決二氧化鈦在水相中易團(tuán)聚、分散性差的問(wèn)題，還可以通過(guò)有機(jī)改性，使其與非均相體系(廢水)中的油相接觸成為可能。janus雙親改性是在納米材料的一面接枝改性劑，另一面則保持未改性狀態(tài)，從而在同一材料上形成半面親水、半面親油的各向異性結(jié)構(gòu)。常規(guī)的janus薄片是將薄片單面改性后，利用超聲波處理，打碎薄片，獲得小尺寸janus薄片。但該方法在超聲處理后，薄片存在尺寸不均一、易堆疊團(tuán)聚、在水-油非均相體系界面穩(wěn)定性不好等弊端。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種制備方法簡(jiǎn)便，薄片具有尺寸均一、無(wú)堆疊現(xiàn)象、改性較徹底、對(duì)硝基苯的降解有較高的催化活性、可重復(fù)使用的同面異端硬脂酸-二氧化鈦janus薄片及其制備方法。

2、本發(fā)明技術(shù)方案是：

3、一種同面異端硬脂酸-二氧化鈦janus薄片，其特征是：所述同面異端硬脂酸-二氧化鈦janus薄片為在二氧化鈦薄片面上的一端用硬脂酸改性、另一端未改性得到的janus薄片。

4、進(jìn)一步的，所述同面異端硬脂酸-二氧化鈦janus薄片的尺寸比較均一。

5、一種同面異端硬脂酸-二氧化鈦janus薄片的制備方法，具體制備過(guò)程如下：

6、(1)制備垂直生長(zhǎng)的二氧化鈦薄片-薄膜玻璃基底

7、用鈦酸乙酯、鈦酸異丙酯或鈦酸四丁酯作為鈦源，制備鈦酸酯類(lèi)溶膠ⅱ；將二氧化鈦薄膜玻璃基底水平置于聚四氟乙烯反應(yīng)釜的內(nèi)膽中，在150℃的條件下反應(yīng)12h，自然冷卻后，清洗，干燥，得到垂直生長(zhǎng)的二氧化鈦薄片-薄膜玻璃基底；

8、(2)將硬脂酸超聲分散至無(wú)水乙醇中配制硬脂酸-無(wú)水乙醇混合液，所述硬脂酸與無(wú)水乙醇的質(zhì)量體積比為3:200g/ml，升溫至70℃，然后將垂直生長(zhǎng)的二氧化鈦薄片-薄膜玻璃基底水平置于硬脂酸-無(wú)水乙醇混合液內(nèi)，70℃反應(yīng)10h，冷卻后，進(jìn)行水洗和醇洗，在60℃下干燥3h，剝離，得到同面異端硬脂酸-二氧化鈦janus薄片。

9、進(jìn)一步的，所述鈦酸酯類(lèi)溶膠ⅱ的制備過(guò)程是：

10、在35℃下，按照冰醋酸與濃鹽酸體積比40:1，向冰醋酸加入濃鹽酸，反應(yīng)10min后，按照冰醋酸與鈦源體積比200:(10-23)滴加鈦源，所述鈦源為鈦酸乙酯、鈦酸異丙酯或鈦酸四丁酯，并繼續(xù)攪拌30min后，升溫至40℃形成溶膠，得到鈦酸酯類(lèi)溶膠ⅱ。

11、進(jìn)一步的，所述二氧化鈦薄膜玻璃基底的制備過(guò)程是：

12、用鈦酸乙酯、鈦酸異丙酯或鈦酸四丁酯作為鈦源，制備鈦酸酯類(lèi)溶膠ⅰ，將鈦酸酯類(lèi)溶膠ⅰ涂漬在玻璃基底上，干燥后，在馬弗爐中空氣氣氛、500℃下反應(yīng)2h，自然冷卻。

13、進(jìn)一步的，所述鈦酸酯類(lèi)溶膠ⅰ的制備過(guò)程是：

14、a.將無(wú)水乙醇去離子水按照體積比35:6配制乙醇溶液；

15、b.在25℃下，按照無(wú)水乙醇、冰醋酸與濃鹽酸體積比35:4:1向無(wú)水乙醇中邊攪拌邊加入冰醋酸和濃鹽酸，反應(yīng)20min后，按照無(wú)水乙醇與鈦源體積比35:(10-33)滴加鈦源，并繼續(xù)攪拌20min，最后按照乙醇溶液與鈦酸四丁酯的體積比為41:10滴加步驟a的乙醇溶液，形成溶膠，得到鈦酸酯類(lèi)溶膠ⅰ。

16、進(jìn)一步的，所述鈦酸酯類(lèi)溶膠ⅰ、鈦酸酯類(lèi)溶膠ⅱ與硬脂酸的質(zhì)量比為1:40:3。

17、本發(fā)明的有益效果：

18、(1)通過(guò)簡(jiǎn)單的溶膠-凝膠、溶劑熱和浸漬法制備了一端親水，一端親油的同面異端新型janus二氧化鈦薄片(v-sta-tio2?jns)，操作簡(jiǎn)便，制得的janus薄片具有尺寸均一、無(wú)堆疊現(xiàn)象、改性較徹底、在模擬光照下對(duì)硝基苯的降解有較高的催化活性、可重復(fù)使用。

19、(2)通過(guò)對(duì)二氧化鈦薄片進(jìn)行部分(一端)改性，v-sta-tio2?jns具有兩親性，使其可以穩(wěn)定的存在于水油界面上，可作為乳化劑制備pickering乳液。由于新型janus薄片(v-sta-tio2?jns)垂直嵌入水油界面，因此相較于水平依附于水油界面的傳統(tǒng)janus薄片(sta-tio2?jns)具有更強(qiáng)的乳化能力和催化活性，由v-sta-tio2?jns制備的pickering乳液，放置40天后，乳液仍保持相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)。

20、(3)硬脂酸改性后，與二氧化鈦薄片(v-tio2-tio2?sheets)相比，v-sta-tio2?jns具有更強(qiáng)的可見(jiàn)光響應(yīng)能力，因此在非均相水油界面上可以穩(wěn)定存在的前提下，在光照下可以產(chǎn)生更多活性物種以降解有機(jī)物污染物，改性后的janus材料相較于二氧化鈦材料具有更強(qiáng)的光催化活性。

技術(shù)特征：

1.一種同面異端硬脂酸-二氧化鈦janus薄片，其特征是：所述同面異端硬脂酸-二氧化鈦janus薄片為在二氧化鈦薄片面上的一端用硬脂酸改性、另一端未改性得到的janus薄片。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同面異端硬脂酸-二氧化鈦janus薄片，其特征是：所述同面異端硬脂酸-二氧化鈦janus薄片的尺寸比較均一。

3.一種如權(quán)利要求1所述的同面異端硬脂酸-二氧化鈦janus薄片的制備方法，其特征是：具體制備過(guò)程如下：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的同面異端硬脂酸-二氧化鈦janus薄片的制備方法，其特征是：所述鈦酸酯類(lèi)溶膠ⅱ的制備過(guò)程是：

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的同面異端硬脂酸-二氧化鈦janus薄片的制備方法，其特征是：所述二氧化鈦薄膜玻璃基底的制備過(guò)程是：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的同面異端硬脂酸-二氧化鈦janus薄片的制備方法，其特征是：所述鈦酸酯類(lèi)溶膠ⅰ的制備過(guò)程是：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的面異端硬脂酸-二氧化鈦janus薄片的制備方法，其特征是：所述鈦酸酯類(lèi)溶膠ⅰ、鈦酸酯類(lèi)溶膠ⅱ與硬脂酸的質(zhì)量比為1:40:3。

技術(shù)總結(jié)
一種同面異端硬脂酸?二氧化鈦Janus薄片及其制備方法，所述同面異端硬脂酸?二氧化鈦Janus薄片為在二氧化鈦薄片面上的一端用硬脂酸改性、另一端未改性得到的Janus薄片。用鈦酸乙酯、鈦酸異丙酯或鈦酸四丁酯作為鈦源，制備鈦酸酯類(lèi)溶膠Ⅱ；將二氧化鈦薄膜玻璃基底水平置于聚四氟乙烯反應(yīng)釜的內(nèi)膽中，在150℃的條件下反應(yīng)12h，自然冷卻后，清洗，干燥，置于硬脂酸?無(wú)水乙醇混合液內(nèi)，在70℃下反應(yīng)10h，冷卻后，進(jìn)行水洗和醇洗，在60℃下干燥3h，剝離，得到產(chǎn)品。優(yōu)點(diǎn)是：制備方法簡(jiǎn)便，薄片具有尺寸均一，無(wú)堆疊現(xiàn)象，改性較徹底，對(duì)硝基苯的降解有較高的催化活性。

技術(shù)研發(fā)人員：李澤林
受保護(hù)的技術(shù)使用者：遼寧石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19