一种二氧化钛/聚酰亚胺复合材料的制备方法
阅读说明：本技术 一种二氧化钛/聚酰亚胺复合材料的制备方法 (Preparation method of titanium dioxide/polyimide composite material ) 是由 周雨薇 于 2021-09-01 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种二氧化钛/聚酰亚胺复合材料的制备方法,属于高分子复合材料领域。该二氧化钛/聚酰亚胺复合材料的制备方法为利用两亲性聚酰亚胺的特殊官能团所体现的亲疏水性与油溶性的特性,在水/N-甲基吡咯烷酮溶液中进行自组装,在自组装的同时,向溶液中加入二氧化钛的前驱体钛酸丁酯,在聚酰亚胺组装体表面进行原位生长具有光催化性能的纳米二氧化钛,过滤,干燥后最终得到了集吸附光催化于一体的二氧化钛/聚酰亚胺复合材料。本发明的制备方法简单快捷,成本低,性能高效稳定,易于分离回收等优点,易实现工业化。本发明所制备的二氧化钛/聚酰亚胺复合材料对亚甲基蓝的吸附性能大于150mg/g,在300W汞灯的照射60min后,吸附的亚甲基蓝全部分解。(The invention relates to a preparation method of a titanium dioxide/polyimide composite material, belonging to the field of polymer composite materials. The preparation method of the titanium dioxide/polyimide composite material comprises the steps of utilizing the characteristics of hydrophilicity and hydrophobicity and oil solubility embodied by special functional groups of amphiphilic polyimide, carrying out self-assembly in a water/N-methyl pyrrolidone solution, adding a titanium dioxide precursor butyl titanate into the solution during the self-assembly, carrying out in-situ growth of nano titanium dioxide with photocatalytic performance on the surface of a polyimide assembly, filtering, and drying to finally obtain the titanium dioxide/polyimide composite material integrating absorption and photocatalysis. The preparation method has the advantages of simplicity, rapidness, low cost, high-efficiency and stable performance, easiness in separation and recovery and the like, and is easy to realize industrialization. The adsorption performance of the titanium dioxide/polyimide composite material prepared by the invention on methylene blue is more than 150mg/g, and the adsorbed methylene blue is completely decomposed after the titanium dioxide/polyimide composite material is irradiated by a 300W mercury lamp for 60 min.)
技术领域
本发明涉及一种二氧化钛/聚酰亚胺复合材料的制备方法，属于高分子复合材料领域。本发明制备的二氧化钛/聚酰亚胺复合材料可以作为光催化材料应用于处理染料废水，环境治理等领域。
背景技术
近一个世纪全球工业技术不断进步，各行各业对耐热、高强、轻质材料的需求显得愈发迫切。在这种大背景下，一大批主链含有芳环或杂环的聚合物应运而生，其中聚酰亚胺以其优异的耐热性能和机械性能在众多聚合物中脱颖而出。自20世纪，聚酰亚胺问世以来，这种具有优异性能的高分子材料不断发展，并且大大促进了相关行业的发展。聚酰亚胺更是因为具有结构及功能的多样性、合成工艺的成熟性、加工方法的多样性、优异的综合性能以及广泛的应用领域而备受关注。
21世纪以来，工业改革不断推进，现代社会高速发展，我们的生活水平不断提高。为此我们也付出了相应的代价，我们的环境不断被破坏，与我们息息相关的水资源也不可避免的遭到污染，因此，环境问题，特别是废水的处理问题已然成为一个急需解决的社会问题。染料废水的处理方式多种多样，主要分为三大类：物理方法、化学方法以及生物方法。物理方法治标不治本，只能将染料聚集到一起，而不能进行彻底的消除，对染料处理不完全且耗时长；化学方法利用氧化还原反应，对染料大分子进行分解为无害的小分子，操作方便快捷；生物方法利用生物分解，该方法实验成本高且操作要求高。本发明中提出一种采用了光催化来对染料进行一个处理，以发展很成熟的二氧化钛作为光催化材料。基于此，本发明对聚酰亚胺进行改性，通过添加二氧化钛的前驱体钛酸丁酯在其表面进行原位生长具有光催化性能的纳米二氧化钛，形成集吸附光催化与一体的耐高温、耐腐蚀的复合材料。此方法操作简单快捷，成本低且绿色环保，可用于工业化生产。
发明内容
本发明的目的是针对现有处理环境污染的吸附材料只吸附污染物，而不分解污染物的现状，提出一种二氧化钛/聚酰亚胺复合材料的制备方法，通过该方法可以制备出一种能将染料彻底分解为无毒小分子的具有光催化性能的复合材料，实现高分子复合材料在处理染料废水领域的应用，对于吸附光催化材料在科学研究和应用领域具有重大意义。具体为利用两亲性聚酰亚胺的特殊官能团所体现的亲疏水性与油溶性的特性，在水/N-甲基吡咯烷酮溶液中进行自组装，在自组装的同时，向溶液中加入二氧化钛的前驱体钛酸丁酯，在聚酰亚胺组装体表面进行原位生长具有光催化性能的纳米二氧化钛，过滤，干燥后最终得到了集吸附光催化于一体的二氧化钛/聚酰亚胺复合材料。
所述的一种二氧化钛/聚酰亚胺复合材料的制备方法，其特征在于：其制备方法步骤以下：
(1)将具有附图1结构式的两亲性聚酰亚胺溶于N-甲基吡咯烷酮溶液中，30～80℃下搅拌0.5～2h，得到1～10mg/mL聚酰亚胺溶液；
(2)将十二烷基磺酸钠加入水中，配成2～10mg/mL溶液，然后将其加入到步骤(1)得到的溶液中，室温搅拌0.5～2h，其中十二烷基磺酸钠水溶液与N-甲基吡咯烷酮的体积比为1：5～15；
(3)将冰乙酸，加入到步骤(2)所得溶液中，然后再加入钛酸丁酯，室温搅拌0.5～2h，继续反应6～24h，其中钛酸丁酯的浓度为10～100mg/ml，冰乙酸与N-甲基吡咯烷酮的体积比为1：20～100；
(4)将步骤(3)的产物倒入去离子水中，沉淀、过滤，然后放入真空烘箱于40～80℃干燥4～12小时得到二氧化钛/聚酰亚胺复合材料，其中N-甲基吡咯烷酮与去离子水的体积比为1：2～10。
本发明的有益效果：本发明利用两亲性聚酰亚胺在水/N-甲基吡咯烷酮溶液中的自组装行为，在自组装的同时，向溶液中加入二氧化钛的前驱体钛酸丁酯，在聚酰亚胺组装体表面进行原位生长具有光催化性能的纳米二氧化钛，最终得到了集吸附光催化于一体的二氧化钛/聚酰亚胺复合材料。本发明的制备方法简单快捷，成本低，性能高效稳定，易于分离回收等优点，易实现工业化。本发明所制备的二氧化钛/聚酰亚胺复合材料对有机污染物具有优异的吸附性能，其中对亚甲基蓝的吸附性能大于150mg/g，在光源为300W汞灯的照射60min后，吸附的亚甲基蓝全部分解。
附图说明
图1是本发明所用两亲性聚酰亚胺结构示意图
图2是本发明制备的二氧化钛/聚酰亚胺复合材料SEM图
具体实施方式
以下介绍本发明制备方法的实施例，但以下实施例是用于说明本发明的示例，并不构成对本发明权利要求的任何限定。
实施例1
(1)将100mg两亲性聚酰亚胺溶于100mL的N-甲基吡咯烷酮溶液中，50℃下搅拌1h，得到1mg/mL聚酰亚胺溶液，其中两亲性聚酰亚胺的结构式如附图1所示；
(2)将40mg十二烷基磺酸钠加入20mL水中，配成2mg/mL溶液，然后将其加入到步骤(1)得到的溶液中，室温搅拌0.5h；
(3)将2mL冰乙酸，加入到步骤(2)所得溶液中，然后再加入1.2g钛酸丁酯，室温搅拌1h，继续反应8h，其中钛酸丁酯的浓度为10mg/mL；
(4)将步骤(3)的产物倒入500mL去离子水中，沉淀、过滤，然后放入真空烘箱于60℃干燥6小时得到二氧化钛/聚酰亚胺复合材料。本发明所制备的二氧化钛/聚酰亚胺复合材料的SEM图如附图2所示，该复合材料对有机污染物具有优异的吸附性能，其中对亚甲基蓝的吸附性能为180mg/g，在光源为300W汞灯的照射下，照射60min后，吸附的亚甲基蓝全部分解。
实施例2
(1)将1000mg两亲性聚酰亚胺溶于100mL的N-甲基吡咯烷酮溶液中，50℃下搅拌1h，得到10mg/mL聚酰亚胺溶液，其中两亲性聚酰亚胺的结构式如附图1所示；
(2)将40mg十二烷基磺酸钠加入20mL水中，配成2mg/mL溶液，然后将其加入到步骤(1)得到的溶液中，室温搅拌0.5h；
(3)将2mL冰乙酸，加入到步骤(2)所得溶液中，然后再加入1.2g钛酸丁酯，室温搅拌1h，继续反应8h，其中钛酸丁酯的浓度为10mg/mL；
(4)将步骤(3)的产物倒入500mL去离子水中，沉淀、过滤，然后放入真空烘箱于60℃干燥6小时得到二氧化钛/聚酰亚胺复合材料。本发明所制备的二氧化钛/聚酰亚胺复合材料对有机污染物具有优异的吸附性能，其中对亚甲基蓝的吸附性能为216mg/g，在光源为300W汞灯的照射下，照射60min后，吸附的亚甲基蓝全部分解。
实施例3
(1)将100mg两亲性聚酰亚胺溶于100mL的N-甲基吡咯烷酮溶液中，50℃下搅拌1h，得到1mg/mL聚酰亚胺溶液，其中两亲性聚酰亚胺的结构式如附图1所示；
(2)将200mg十二烷基磺酸钠加入20mL水中，配成10mg/mL溶液，然后将其加入到步骤(1)得到的溶液中，室温搅拌0.5h；
(3)将2mL冰乙酸，加入到步骤(2)所得溶液中，然后再加入1.2g钛酸丁酯，室温搅拌1h，继续反应8h，其中钛酸丁酯的浓度为10mg/mL；
(4)将步骤(3)的产物倒入500mL去离子水中，沉淀、过滤，然后放入真空烘箱于60℃干燥6小时得到二氧化钛/聚酰亚胺复合材料。本发明所制备的二氧化钛/聚酰亚胺复合材料对有机污染物具有优异的吸附性能，其中对亚甲基蓝的吸附性能为176mg/g，在光源为300W汞灯的照射下，照射60min后，吸附的亚甲基蓝全部分解。
实施例4
(1)将100ng两亲性聚酰亚胺溶于100mL的N-甲基吡咯烷酮溶液中，50℃下搅拌1h，得到1mg/mL聚酰亚胺溶液，其中两亲性聚酰亚胺的结构式如附图1所示，
(2)将40mg十二烷基磺酸钠加入20mL水中，配成2mg/mL溶液，然后将其加入到步骤(1)得到的溶液中，室温搅拌0.5h；
(3)将2mL冰乙酸，加入到步骤(2)所得溶液中，然后再加入6g钛酸丁酯，室温搅拌1h，继续反应8h，其中钛酸丁酯的浓度为50mg/mL；
(4)将步骤(3)的产物倒入500mL去离子水中，沉淀、过滤，然后放入真空烘箱于60℃干燥6小时得到二氧化钛/聚酰亚胺复合材料。本发明所制备的二氧化钛/聚酰亚胺复合材料对有机污染物具有优异的吸附性能，其中对亚甲基蓝的吸附性能为166mg/g，在光源为300W汞灯的照射下，照射60min后，吸附的亚甲基蓝全部分解。
实施例5
(1)将100ng两亲性聚酰亚胺溶于100mL的N-甲基吡咯烷酮溶液中，50℃下搅拌1h，得到1mg/mL聚酰亚胺溶液，其中两亲性聚酰亚胺的结构式如附图1所示，
(2)将40mg十二烷基磺酸钠加入20mL水中，配成2mg/mL溶液，然后将其加入到步骤(1)得到的溶液中，室温搅拌0.5h；
(3)将2mL冰乙酸，加入到步骤(2)所得溶液中，然后再加入1.2g钛酸丁酯，室温搅拌1h，继续反应8h，其中钛酸丁酯的浓度为10mg/mL；
(4)将步骤(3)的产物倒入1000mL去离子水中，沉淀、过滤，然后放入真空烘箱于80℃干燥8小时得到二氧化钛/聚酰亚胺复合材料。本发明所制备的二氧化钛/聚酰亚胺复合材料对有机污染物具有优异的吸附性能，其中对亚甲基蓝的吸附性能为184mg/g，在光源为300W汞灯的照射下，照射60min后，吸附的亚甲基蓝全部分解。