本發(fā)明涉及功能膜材料，特別是涉及一種pvdf-go/tio2復(fù)合薄膜及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、隨著農(nóng)藥、染料、石油化工等化學(xué)工業(yè)的迅速發(fā)展，環(huán)境污染問題變得日益嚴(yán)重。其中，印染廢水已成為當(dāng)前最主要的水體污染源之一，尤其是近年來，隨著染料制備工業(yè)和染料應(yīng)用的飛速發(fā)展，染料種類和助劑日益繁多，而且大多是難降解物質(zhì)，其中有的還含有苯環(huán)、胺基、偶氮基團等致癌物質(zhì)，這些都給染料廢水的處理增加了難度。一些傳統(tǒng)處理方法，如混凝沉淀法、吸附法、膜分離法、氣浮法等都屬于非破壞性的物理處理方法，只是對染料進行相間轉(zhuǎn)移，并沒有真正對染料進行礦化，并且有二次污染以及吸附劑再生等問題，一直得不到合理解決。而采用生物法處理染料廢水也存在問題，在好氧條件下不易生物降解，而在厭氧條件下，染料又極易轉(zhuǎn)化成芳香胺等致癌物，對人體健康產(chǎn)生巨大威脅，并且處理時間比較長。

2、光催化技術(shù)由于其能夠在光照條件下催化分解有機污染物，該技術(shù)與其它生物、化學(xué)處理方法相比，具有效率高、能耗低、操作簡便、反應(yīng)條件溫和、使用范圍廣、無毒無二次污染等特點，因此受到了廣泛關(guān)注。但傳統(tǒng)的光催化材料(如二氧化鈦(tio2)、氧化鋅(zno)等)存在光響應(yīng)范圍窄、量子效率低、難以回收等問題，限制了其實際應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種pvdf-go/tio2復(fù)合薄膜及其制備方法和應(yīng)用，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題。本發(fā)明的pvdf-go/tio2復(fù)合薄膜是一種柔性多孔pvdf基復(fù)合壓電光催化薄膜，該薄膜通過相轉(zhuǎn)化法制備，光催化劑(tio2)作為填料均勻分布在pvdf基體中，具有優(yōu)異的光催化降解有機污染物的作用。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

3、本發(fā)明的技術(shù)方案之一：一種pvdf-go/tio2復(fù)合薄膜的制備方法，包括以下步驟：

4、將pvdf加入有機溶劑中溶解后加入水，混合均勻，得到前驅(qū)體溶液；

5、在前驅(qū)體溶液中加入tio2和go分散液，分散均勻，得到混合溶液，將混合溶液噴涂在基材表面，得到所述pvdf-go/tio2復(fù)合薄膜。

6、進一步地，所述pvdf包括pvdf-hfp；

7、所述pvdf、有機溶劑和水的用量比為0.477g:12ml:0.477ml；

8、所述tio2的用量為pvdf質(zhì)量的5～15％；

9、所述pvdf和go分散液的用量比為0.477g:0.1～1ml；

10、所述go分散液中g(shù)o的占比為5wt％。

11、進一步地，所述混合溶液的噴涂量和基材的面積的比為4～18ml:100cm2。

12、本發(fā)明的技術(shù)方案之二：一種上述制備方法制備的pvdf-go/tio2復(fù)合薄膜。

13、本發(fā)明的技術(shù)方案之三：一種上述pvdf-go/tio2復(fù)合薄膜在光催化劑降解有機污染物中的應(yīng)用。

14、進一步地，所述有機污染物包括染料或抗生素。

15、本發(fā)明的技術(shù)方案之四：一種壓電光催化降解水中有機污染物的方法，包括以下步驟：

16、將上述pvdf-go/tio2復(fù)合薄膜置于含有有機污染物的水溶液中，在光照和攪拌狀態(tài)下進行壓電光催化降解。

17、進一步地，所述光照為全光譜光照，光強為1000w/cm2；

18、所述攪拌的速度為1000～1400rpm。

19、壓電光催化降解機理：首先，光照激發(fā)pvdf-go/tio2復(fù)合薄膜(催化劑)產(chǎn)生光生電子-空穴對，電子從tio2的價帶轉(zhuǎn)移到導(dǎo)帶，進一步遷移到催化劑表面發(fā)生還原反應(yīng)，形成活性氧(羥基自由基和超氧自由基)，隨后活性氧參與有機污染物的降解，將其分解為小分子物質(zhì)。其次，攪拌引起pvdf基復(fù)合薄膜的形變，在外力作用下誘導(dǎo)薄膜內(nèi)部產(chǎn)生壓電場，促進催化劑內(nèi)部電子轉(zhuǎn)移到表面，有利于活性氧的生成。壓電和光的協(xié)同作用，促進了有機污染物的降解，使其在不額外添加犧牲劑的情況下即可實現(xiàn)對有機污染物的高效降解。

20、go和tio2可以誘導(dǎo)pvdf的β相生成，并且go可以拓寬tio2的光吸收利用范圍，可以促進染料的吸附，提高污染物的降解效果。

21、本發(fā)明公開了以下技術(shù)效果：

22、(1)本發(fā)明制備的pvdf-go/tio2復(fù)合薄膜具有高效催化性能：通過引入光催化劑并結(jié)合pvdf的壓電效應(yīng)，顯著提高了薄膜的催化效率，能夠在低頻弱力作用下實現(xiàn)高效的有機污染物降解，有望在實際應(yīng)用中發(fā)揮重要作用。

23、具有優(yōu)異的機械性能：pvdf基復(fù)合薄膜具有良好的柔韌性，能夠適應(yīng)各種復(fù)雜的工作環(huán)境，不易破損。可以在攪拌、水流等弱力作用下產(chǎn)生形變，生成極化作用。

24、具有多孔結(jié)構(gòu)：相轉(zhuǎn)化法制備的薄膜具有多孔結(jié)構(gòu)，有利于增加光催化劑的比表面積，進一步提升光催化性能。

25、具有環(huán)保性：相比粉末狀催化劑，薄膜材料易于回收，節(jié)約回收成本且環(huán)保。薄膜材料本身無毒，使用過程不會對環(huán)境造成二次污染。

26、(2)本發(fā)明的pvdf-go/tio2復(fù)合薄膜的制備方法簡單(噴涂成膜)、制作成本低廉，有望實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。

27、(3)本發(fā)明制備的pvdf-go/tio2復(fù)合薄膜是一種可以誘導(dǎo)生成高β相含量的復(fù)合薄膜(go和tio2可以誘導(dǎo)pvdf的β相生成)，可以提高催化劑的壓電響應(yīng)能力。

技術(shù)特征：

1.一種pvdf-go/tio2復(fù)合薄膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述pvdf包括pvdf-hfp；

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述混合溶液的噴涂量和基材的面積的比為4～18ml:100cm2。

4.一種權(quán)利要求1～3任一項所述的制備方法制備的pvdf-go/tio2復(fù)合薄膜。

5.一種權(quán)利要求4所述的pvdf-go/tio2復(fù)合薄膜在光催化劑降解有機污染物中的應(yīng)用。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的應(yīng)用，其特征在于，所述有機污染物包括染料或抗生素。

7.一種壓電光催化降解水中有機污染物的方法，其特征在于，包括以下步驟：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述光照為全光譜光照，光強為1000w/cm2；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種PVDF?GO/TiO<subgt;2</subgt;復(fù)合薄膜及其制備方法和應(yīng)用，屬于功能膜材料技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的PVDF?GO/TiO<subgt;2</subgt;復(fù)合薄膜的制備方法，包括以下步驟：將PVDF加入有機溶劑中溶解后加入水，混合均勻，得到前驅(qū)體溶液；在前驅(qū)體溶液中加入TiO<subgt;2</subgt;和GO分散液，分散均勻，得到混合溶液，將混合溶液噴涂在基材表面，得到PVDF?GO/TiO<subgt;2</subgt;復(fù)合薄膜。本發(fā)明的PVDF?GO/TiO<subgt;2</subgt;復(fù)合薄膜具有高效催化性能、優(yōu)異的機械性能，具有多孔結(jié)構(gòu)、環(huán)保性，且制備方法簡單(噴涂成膜)、制作成本低廉，有望實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：楊志芳,莊佳琳,王紅蕾
受保護的技術(shù)使用者：北京瀚同科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6