[发明专利]溶胶-水热法低温制备高选择性的无机骨架分子印迹型石墨烯-TiO2复合光催化剂

说明书

技术领域

本发明涉及一种无机骨架分子印迹型石墨烯-TiO₂复合光催化剂的制备方法，尤其涉及一种溶胶-水热法低温制备高选择性的无机骨架分子印迹型石墨烯-TiO₂复合光催化剂。

背景技术

水是世界上分布最广泛的资源之一，它不仅是万物生存和发展必不可少的物质，也同样是污染物聚集的场所。其中有机化合物的产量随着人们生产生活的需求日益增大，从而造成大量的有机化合物最终以不同的方式进入环境，对生态环境照成各种各样的影响，间接或直接的危害人类。其中水体污染尤其是水体持久性有机污染最为严重，从而加剧了水资源的短缺，导致水资源危机日益严重。因而选择性的去除污染水体持久性的污染有机物质是一项具有科学意义和实用价值的研究工作。

纳米TiO₂光催化降解废水中的有毒有害有机物已成为光催化材料的研究热点之一，但TiO₂光催化反应对于污染水体中的有机污染物无选择性。近年来，国内外的研究人员已经开始关注TiO₂光催化无选择性的问题，并对提高TiO₂选择性做了广泛性的研究。现有文献报道，提高TiO₂光催化选择性的途径主要有以下五个方面：(1) 通过调节溶液的pH改变TiO₂表面的荷电状态，从而提高TiO₂光催化剂对目标污染物的吸附和降解能力。但这种方法只能有效处理带正电荷或负电荷的有机污染物。实际上，绝大多数有机污染物不带电荷，此方法不能有效实现电中性有机污染物的选择性降解。(2) 用特殊小分子修饰TiO₂表面，通过纳米TiO₂表面嫁接的有机化合物与目标污染物之间的氢键或疏水亲脂作用使得污染物在催化剂表面优先吸附，从而使得这些有机污染物被选择性降解。研究表明，该方法虽使TiO₂的选择性有所提高，但分子修饰TiO₂的稳定性差，所以降解效果并不理想。(3) 制备同时包含有吸附区和光催化活性区的双区结构光催化剂，通过吸附区增强催化剂对目标污染物的吸附能力，从而增大对目标有机污染物的降解速率及降解选择性。但该双区结构光催化剂的制备十分麻烦，且选择性吸附和降解能力也有限。(4) 制备特定晶面暴露的锐钛矿TiO₂，{001}晶面暴露的锐钛矿TiO₂对带负电荷的有机污染物具有较高的选择性，但对电中性和带正电荷的有机污染物的选择性降解能力不好。(5) 将分子印迹技术与光催化技术相结合，在TiO₂表面修饰一层导电有机分子印迹聚合物而制备具有特定识别性能的分子印迹型光催化剂。由于印迹空穴的空间结构与模板分子的构型、构象完全匹配，有利于目标污染物在分子印迹型光催化剂表面发生选择性吸附，从而使得目标有机污染物被选择性降解。此方法不仅可以有效处理带正电荷或负电荷的有机污染物，还可以有效实现电中性有机污染物的选择性降解。综上所述，分子印迹技术与光催化技术相结合在选择性光催化降解中具有广泛的应用前景。

石墨烯(RG0)是一种由碳原子紧密堆积而成的具有蜂窝状结构的二维材料，其极大的比表面积，较低的生产成本和优良的导电性能等性质，非常适合与光催化材料复合，改善其光催化性能，形成高性能的的复合材料。石墨烯提高光催化效率主要从三个反面考虑。（1）由于石墨烯优良的导电性，TiO₂激发产生的电子不会在其周围聚集，很好的抑制了光生电子和空穴的复合。（2）石墨烯与Ti-O-C化学键相互作用，改变TiO₂原有的禁带宽度，使其在可见光区显示出光催化活性，增加对可见光的利用率。（3）石墨烯的片状结构具有巨大的比表面积和共轭结构，可以吸附大量的污染物，可以为光催化反应提供理想的反应位，从而利于反应的进行。综合上述，采用石墨烯与分子印迹光催化技术相结合具有广泛的应用前景。