本發(fā)明涉及環(huán)境工程和材料科學領域，具體涉及一種改性煤矸石耦合苝酰亞胺復合材料及其制備方法和在光催化領域的應用。

背景技術：

1、面對全球范圍內(nèi)日益嚴峻的水體和大氣污染問題，開發(fā)高效、經(jīng)濟且環(huán)境友好的污染物處理技術已成為當代科學研究的重中之重。光催化技術由于其在常溫常壓下利用太陽光或人造光源降解有機污染物的能力而備受關注。然而，傳統(tǒng)光催化材料如tio2雖活性顯著，但因光生電子-空穴對易于復合和光利用率不高等缺陷，其在實際應用場景中的效率仍有待提升。

2、苝酰亞胺類材料憑借其獨特的電子結構和光化學穩(wěn)定性，近年來在光催化領域引起了廣泛關注。這類材料不僅具有寬廣的吸收光譜，而且能有效地分離和傳遞光生電子-空穴對，從而大幅提升光催化效率。盡管如此，苝酰亞胺在實際應用中依然面臨比表面積小、活性位點不足等局限性。

技術實現(xiàn)思路

1、為了解決上述現(xiàn)有技術的問題，本發(fā)明提供一種改性煤矸石耦合苝酰亞胺復合材料及其制備方法和應用，顯著提升了苝酰亞胺在光催化反應中的穩(wěn)定性和效率。

2、本發(fā)明通過以下技術方案實現(xiàn)：

3、一種改性煤矸石耦合苝酰亞胺復合材料的制備方法，包括以下步驟：

4、s1，將煤矸石進行煅燒，得到煅燒改性煤矸石；

5、s2，將煅燒改性煤矸石浸入含有硅烷偶聯(lián)劑的溶液中，攪拌，得到氨基改性煤矸石；

6、s3，將氨基改性煤矸石加入苝二酰亞胺溶液中，添加三乙胺，攪拌后添加鹽酸溶液，攪拌，得到改性煤矸石耦合苝酰亞胺復合材料。

7、優(yōu)選的，s1中，煅燒溫度為500~700℃，煅燒時間為3~4h。

8、優(yōu)選的，s1具體為：將煤矸石進行煅燒，然后浸入2~4?m的鹽酸中，浸泡20~24h，洗滌，得到煅燒改性煤矸石。

9、優(yōu)選的，s1中，所述煤矸石采用如下方法得到：將煤矸石粉碎，過200~400目篩，用水多次清洗。

10、優(yōu)選的，s2具體為：將煅燒改性煤矸石浸入含有2%~4%硅烷偶聯(lián)劑的溶液中，在室溫下攪拌24~48h，用水洗凈并烘干。

11、優(yōu)選的，s2中，所述硅烷偶聯(lián)劑為3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-(2-氨乙基)氨丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基三異丙氧基硅烷和n-(2-氨乙基)-3-氨丙基三甲氧基硅烷中的一種。

12、優(yōu)選的，s3中，苝二酰亞胺溶液通過如下方法得到：在惰性氣體保護下，將苝-3,4,9,10-四羧酸二酐、氨基丙酸和咪唑混合，在100~110℃下加熱4~5h；將反應混合物冷卻至室溫后分散在無水乙醇和鹽酸溶液中，過濾并收集固體，所得固定干燥后溶于水中。

13、優(yōu)選的，s3中，氨基改性煤矸石、苝二酰亞胺、三乙胺的比例為（2~5）g：（1~4）g：（336~834）μl。

14、本發(fā)明提供采用如上所述的制備方法得到的改性煤矸石耦合苝酰亞胺復合材料。

15、本發(fā)明提供所述的改性煤矸石耦合苝酰亞胺復合材料在吸附/光催化協(xié)同處理有機污染物或重金屬離子中的應用。

16、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

17、本發(fā)明對煤矸石（cg）進行煅燒，從而活化煤矸石表面，通過使用硅烷偶聯(lián)劑對活化后的煤矸石進行表面改性，引入氨基功能團，增強其與有機分子的相互作用能力；然后以改性煤矸石為載體并耦合苝酰亞胺，形成具有優(yōu)異吸附光催化性能的復合材料。煤矸石內(nèi)部豐富的硅酸鹽成分可以通過硅烷偶聯(lián)劑與苝二酰亞胺形成穩(wěn)定的化學鍵，從而在提高復合材料穩(wěn)定性的同時增強光催化效率。本發(fā)明利用煤矸石的天然結構和硅烷偶聯(lián)劑的表面修飾功能，顯著提升了苝酰亞胺在光催化反應中的穩(wěn)定性和效率。該復合材料在可見光照射下顯示出顯著的光催化活性，特別適用于吸附降解cr（vi）。其中，使用的三乙胺是一個有機堿，它在反應中主要起到調(diào)節(jié)ph和促進溶解的作用。在將氨基改性煤矸石加入到pdi溶液中時，三乙胺可以通過中和體系中的酸性質(zhì)子，防止過度酸性影響氨基的反應活性，保持溶液中合適的ph值，以促進pdi與氨基改性煤矸石之間的有效結合。此外，三乙胺的存在有助于增強氨基與pdi中的羧基或其他官能團之間的相互作用，從而促進形成更穩(wěn)定的復合結構。加入鹽酸，是誘導pdi超分子納米結構的形成。由于三乙胺是一種堿，加入鹽酸可以迅速降低溶液的ph，使得pdi發(fā)生質(zhì)子化，從而促進其分子間的自組裝，形成穩(wěn)定的超分子納米結構。此外，鹽酸的加入還可以幫助沉淀出產(chǎn)物，使pdi與氨基改性煤矸石的結合更加緊密。本發(fā)明材料的制備過程簡便，成本低廉，具有潛在的工業(yè)應用前景。通過本發(fā)明，不僅能有效利用廢棄的煤矸石資源，還能提供一種環(huán)保高效的光催化材料，為處理環(huán)境污染問題提供了新的技術方案。

18、進一步的，煤矸石煅燒之后進行酸洗處理，可以去除礦物表面的金屬雜質(zhì)和部分不穩(wěn)定成分。

19、進一步的，對煤矸石進行過篩和酸洗處理，可以確保粒徑一致性，去除表面的灰塵和可溶性雜質(zhì)。

技術特征：

1.一種改性煤矸石耦合苝酰亞胺復合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權利要求1所述的改性煤矸石耦合苝酰亞胺復合材料的制備方法，其特征在于，s1中，煅燒溫度為500~700℃，煅燒時間為3~4h。

3.根據(jù)權利要求1所述的改性煤矸石耦合苝酰亞胺復合材料的制備方法，其特征在于，s1具體為：將煤矸石進行煅燒，然后浸入2~4?m的鹽酸中，浸泡20~24h，洗滌，得到煅燒改性煤矸石。

4.根據(jù)權利要求1所述的改性煤矸石耦合苝酰亞胺復合材料的制備方法，其特征在于，s1中，所述煤矸石采用如下方法得到：將煤矸石粉碎，過200~400目篩，用水多次清洗。

5.根據(jù)權利要求1所述的改性煤矸石耦合苝酰亞胺復合材料的制備方法，其特征在于，s2具體為：將煅燒改性煤矸石浸入含有2%~4%硅烷偶聯(lián)劑的溶液中，在室溫下攪拌24~48h，用水洗凈并烘干。

6.根據(jù)權利要求1所述的改性煤矸石耦合苝酰亞胺復合材料的制備方法，其特征在于，s2中，所述硅烷偶聯(lián)劑為3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-(2-氨乙基)氨丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基三異丙氧基硅烷和n-(2-氨乙基)-3-氨丙基三甲氧基硅烷中的一種。

7.根據(jù)權利要求1所述的改性煤矸石耦合苝酰亞胺復合材料的制備方法，其特征在于，s3中，苝二酰亞胺溶液通過如下方法得到：在惰性氣體保護下，將苝-3,4,9,10-四羧酸二酐、氨基丙酸和咪唑混合，在100~110℃下加熱4~5h；將反應混合物冷卻至室溫后分散在無水乙醇和鹽酸溶液中，過濾并收集固體，所得固定干燥后溶于水中。

8.根據(jù)權利要求1所述的改性煤矸石耦合苝酰亞胺復合材料的制備方法，其特征在于，s3中，氨基改性煤矸石、苝二酰亞胺、三乙胺的比例為（2~5）g：（1~4）g：（336~834）μl。

9.采用權利要求1~8任一項所述的制備方法得到的改性煤矸石耦合苝酰亞胺復合材料。

10.權利要求9所述的改性煤矸石耦合苝酰亞胺復合材料在吸附/光催化協(xié)同處理有機污染物或重金屬離子中的應用。

技術總結
本發(fā)明提供一種改性煤矸石耦合苝酰亞胺復合材料及其制備方法和應用，所述制備方法，包括以下步驟：S1，將煤矸石進行煅燒，得到煅燒改性煤矸石；S2，將煅燒改性煤矸石浸入含有硅烷偶聯(lián)劑的溶液中，攪拌，得到氨基改性煤矸石；S3，將氨基改性煤矸石加入苝二酰亞胺溶液中，添加三乙胺，攪拌后添加鹽酸溶液，攪拌，得到改性煤矸石耦合苝酰亞胺復合材料。所述改性煤矸石耦合苝酰亞胺復合材料顯著提升了苝酰亞胺在光催化反應中的穩(wěn)定性和效率。

技術研發(fā)人員：牛育華,李楠,樊國棟,惠寶利,吳昊地,王有乾
受保護的技術使用者：陜西科技大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/30