[发明专利]一种石墨烯/羟基磷酸铜复合催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及属于复合催化材料的制备领域，具体涉及一种石墨烯/羟基磷酸铜复合催化剂及其制备方法。 

技术背景

当前，日益严重的环境污染问题已得到人们的高度重视，其中水污染问题更是亟待得到预防和治理。但随着水污染物质的多样性和复杂性，传统的水处理方法已经不能满足人们的要求。光催化凭借自身操作简单、低能耗、反应条件温和、无二次污染等优点，已成为废水处理的新技术，具有广阔的发展前景。羟基磷酸铜（Cu₂(OH)PO₄）是一种新型光催化剂，在紫外-可见甚至红外区域下都具有较好的催化活性，是一种具有良好应用前景的新型活性光催化剂。然而，现有方法制备的羟基磷酸铜还存在两方面的问题：1）制备的羟基磷酸铜粒径比较大，主要是微米级以上；2）在没有电子捕获剂过氧化氢的辅助下，羟基磷酸铜的催化降解污染物性能还较弱。 

发明内容

    本发明的目的在于解决现有方法存在的问题，从减小催化剂粒径、增大其比表面积和加快其电子-空穴分离等方面提供一种石墨烯/羟基磷酸铜复合催化剂及其制备方法。 

我们通过一锅法原位合成了石墨烯/羟基磷酸铜复合催化剂，发现羟基磷酸铜的粒径减小并且所掺入的石墨烯纳米片能显著提高羟基磷酸铜的光催化降解有机污染物性能。 

本发明以氧化石墨烯，可溶性铜盐、可溶性磷酸盐为原料制备了石墨烯/羟基磷酸铜复合催化剂。 

一种石墨烯/羟基磷酸铜复合催化剂，它包括：石墨烯纳米片和羟基磷酸铜；其特征在于：各成份所占质量比为：石墨烯纳米片0.2~6 %，羟基磷酸铜99.8~94 %；所述石墨烯/羟基磷酸铜复合催化剂中石墨烯纳米片附着在羟基磷酸铜的表面或连接在羟基磷酸铜间；石墨烯纳米片的厚度为0.37~5nm，结构为单层或多层；羟基磷酸铜呈棒状，长度为200~500 nm。 

    一种石墨烯/羟基磷酸铜复合催化剂的制备方法，其步骤如下： 

（1）量取一定量的氧化石墨烯，放入烧杯中，加入一定量的纯水，用保鲜膜封口，超声分散处理12~24 h，然后在磁力搅拌器上进行12~24 h的搅拌处理；

（2）待处理好后，进行离心分离处理，取上清液，标定好氧化石墨烯浓度后待用；

（3）称取一定量的可溶性铜盐，在水中完全溶解后，搅拌下加入一定量的可溶性磷酸盐，搅拌30~60 min后加入一定量的氧化石墨烯水溶液；

（4）继续搅拌10~30min后用氢氧化钠调节pH为7，随后将上述悬浮液装入反应釜中，移入鼓风干燥箱中，在100~140 ℃下反应6~24 h制得沉淀，经离心、洗涤、干燥后得到石墨烯/羟基磷酸铜复合催化剂粉末。

步骤（1）中所用氧化石墨烯采用Hummers法（J Am Chem Soc. 1958, 80, 1339.）制备而成。 

步骤（2）中所制备的氧化石墨烯水溶液浓度为0.2 ~ 6 mg/mL。 

步骤（3）中铜离子与磷酸根离子是按照化学计量比配料2:1。 

步骤（4）中所得石墨烯/羟基磷酸铜复合催化剂中石墨烯和羟基磷酸铜的质量比为石墨0.2~6 %︰99.8~94 %。 

本发明的石墨烯/羟基磷酸铜复合催化剂具有良好的光催化降解有机污染物性能，可用于工业废水的水处理领域。 

采用的催化性能试验方法如下： 

称取100 mg的石墨烯/羟基磷酸铜复合催化剂置入光催化系统中，搅拌下加入150 mL 10.0 mg/L的亚甲基蓝溶液，然后置于黑暗中搅拌吸附半小时后在氙灯（800 nm≥λ≥320nm）下进行光催化反应。

    在没有添加电子捕获剂的情况下，石墨烯/羟基磷酸铜复合催化剂在1小时内可降解去除水体系中80%的亚甲蓝。上述结果表明，所制备的石墨烯/羟基磷酸铜复合催化剂在模拟太阳光下具有优异的光催化性能，是一种潜在的工业废水处理材料。 

本发明的优点如下： 

采用一锅法原位合成的石墨烯/羟基磷酸铜复合催化材料，该法合成过程简单，易操作，是一种有效的石墨烯无机复合材料的合成方法。