[发明专利]一种氧化石墨烯与氧化钛纳米粒子复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于催化降解染料的催化剂制备方法的技术领域，尤其是涉及到氧化石墨稀与二氧化钛纳米粒子复合材料的制备方法，特别是在无光条件下可以对染料进行催化降解的催化剂的一种制备方法。

背景技术

随着人类社会的不断发展，环境问题逐渐成为各国专家和学者都密切关注的一个重要方面，尤其是染料废水问题。由于染料废水的色度高，成分复杂，毒性大，污染性强等特点，因此很难被完全降解。而近年来逐渐发展的光催化降解法因其具有速度快，降解完全，无选择性等优点，使其备受各国学者和专家的关注而成为热点。

二氧化钛作为现在常用的光催化剂具有氧化能力强，稳定性高，低廉无毒，比表面积大等特点，但是由于二氧化钛纳米粒子表面易团聚，从而导致光催化活性的降低。在光催化过程中，还存在着光生电子与空穴复合，从而使光生电子和空穴不能及时迁移到表面反应产生足够多的氧化基团将染料氧化，因而延长了降解时间，降低了光催化效率。另外存在的一个问题就是二氧化钛作为光催化剂，只能在紫外光下进行光催化降解染料反应，光响应范围窄，需要额外消耗较多的能源。而石墨烯作为近年来新发展的材料，具有许多优异的性能，与二氧化钛复合能够在一定程度上解决某些问题，比如其超大的比表面积有利于吸附更多的染料；作为一个二维材料，石墨烯适合作为纳米粒子沉积的基底，从而一定程度上减少了二氧化钛纳米粒子的团聚；石墨烯具有良好的导电率，能够快速将光生电子转移到表面反应生成强氧化基团，从而抑制了电子与空穴的复合，大大提高了光催化效率。但是光响应范围窄这个方面，仍然没有明显的提升，仍然需要在一定的紫外光照的情况下才能达到染料的降解。因此本发明主要针对光响应范围窄这个问题进行改进。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，从以上背景技术出发，提出一种制备氧化石墨烯与氧化钛纳米粒子复合材料的方法，使其在可见光甚至是在无光的条件下能够快速进行光催化降解染料的一种复合材料。

本发明的基本技术方案概括如下：

采用改进的Hummers法制备氧化石墨，然后先将氧化石墨溶于水中后经过超声振荡，在加入二氧化钛与其混合搅拌一段时间后，将悬浮液倒入水热反应釜的聚四氟乙烯衬套中，拧紧水热反应釜盖后将水热合成反应釜置于烘箱内，调控水热法的反应时间和反应温度，反应若干时间，待反应结束关闭烘箱，待温度降到室温后，取出水热反应釜，将聚四氟乙烯衬套中的悬浮液离心洗涤，所得沉淀放入真空干燥箱干燥24h后即得氧化石墨稀与二氧化钛复合材料。

本发明的具体技术方案及最优选取方案叙述如下：

本发明中可以选取商用的二氧化钛P25作为钛源，采用水热法，以氧化石墨烯为基底在上面生长附着二氧化钛纳米粒子。具体步骤有：

1）将氧化石墨溶解于去离子水中，使氧化石墨溶液浓度为0.66～2.67g/L，超声功率为40～100W下对溶液进行超声处理30～60分钟，使氧化石墨层分离成为氧化石墨烯；

2）将二氧化钛与超声处理过的氧化石墨溶液混合磁力搅拌1h，其中氧化石墨与二氧化钛按质量比为1～4∶5；

3）将所得悬浮液倒入反应釜衬套中密封，在温度120～180℃下水热反应4～8小时；

4）反应后的悬浮液用去离子水洗涤离心，干燥，得到氧化石墨稀与二氧化钛纳米粒子复合材料。

本发明的步骤2）中，优选的氧化石墨与二氧化钛的比例为4∶5；步骤3）中优选的水热反应条件是，在温度为120℃或180℃下水热反应6小时。

在采用优选的技术参数下，所制备出来的氧化石墨烯与二氧化钛纳米粒子具有最高的光催化降解染料的效率。所制备的复合材料甚至在没有光照的情况下，也具有降解染料的能力，显著的提高了二氧化钛光催化剂体系的光催化效率，大大拓宽了二氧化钛催化剂的应用前景。

本发明的氧化石墨烯与氧化钛纳米粒子复合材料的制备方法步骤4）中，所述的干燥，是在60～80℃下干燥24小时。

本发明中，可以选取现有技术制备氧化石墨，也可以按照下述方法制备氧化石墨。

本发明公开的氧化石墨的制备有以下步骤：

1）将石墨粉和硝酸钠混合，加入浓硫酸，磁力搅拌；在冰浴搅拌条件下添加高猛酸钾，添加结束继续搅拌2小时；升至室温，室温下搅拌2～120小时；其中，石墨粉、硝酸钠和高猛酸钾按质量比2∶1.5～3∶9～12计算，浓硫酸的量按每克石墨粉加入33.5～67.5mL计算，高猛酸钾的添加速率为9～13.5g/h；