[发明专利]石墨烯负载TiO2/CaO双层复合纳米材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于复合纳米材料的制作技术领域，具体涉及石墨烯负载TiO₂/CaO双层复合纳米材料的制备方法。

背景技术

现有的常规污水处理方法对生物降解困难的有机挥发性物质的处理能力不足，且多伴随着较高能耗成本，令企业望而却步，甚至为利益铤而走险放弃污水处理工序。因此寻求一种简便经济，高效的污水处理方法已成为社会焦点问题。

TiO₂在使用过程中仍存在有以下问题：(1)TiO₂的禁带较宽，只能吸收波长在385nm以下的短波段光，能量大概只占太阳光能的4%，如何利用占总光能45%以上的可见光乃至红外光能量，是决定光催化材料能否在得以大规模实际应用的先决条件。(2)TiO₂作为单一半导体材料的光生电子-空穴对复合率也较高，其量子效率低等缺陷也在一定程度上限制了其使用。(3)传统纳米TiO₂的粉末颗粒的易失活，因而不利于长时间利用，循环特性差，易团聚而减少活性反应表面积，吸附能力差，颗粒细小难以回收利用等致命缺陷，其应用受到一定限制。

氧化锌（ZnO）是一种直接带隙宽禁带半导体材料，其禁带宽度为3.37eV，晶体结构为六方纤锌矿结构，具有光发射，化学传感，光催化，以及生物相容性等诸多优异性能。ZnO纳米棒阵列具有制备工艺简单，成本低等优势，作为荧光增强基底在生物探测器和传感器领域有着广阔的应用前景，但是现有ZnO纳米棒阵列荧光增强基底的荧光增强效果较差，有待提升。

为了解决上述问题，提高光催化效率，通常对TiO₂进行改性处理，如金属或非金属离子掺杂、光敏化、和其他半导体复合等。对于TiO₂/CaO复合材料，多数以颗粒状形貌存在，或以无规则分散的纳米管状存在形式，且多数是以CaO颗粒附着在TiO₂管外壁，它们的生物毒性较大，在处理污水中很难回收，容易造成二次污染，严重威胁着人类的健康和生命。

石墨烯呈现二维晶体结构，拥有极大的比表面积，高的电导率和突出的导热性能，在电极材料的应用上也备受关注。然而由于石墨烯极易团聚，采用现有技术很难获得结构均匀的复合材料，而且会影响到复合材料的整体性能。因此如何制备均匀结构，性能优良的石墨烯/负载TiO₂/CaO双层复合纳米材料，具有极其重要的意义。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供石墨烯负载TiO₂/CaO双层复合纳米材料的制备方法，得到的石墨烯负载TiO₂/CaO双层复合纳米材料具有高导电性能，降解率提高了22-45％，双层纳米管结构为光电化学反应提供巨大的表面积，提高了电荷分离效率，提升了光催化效率，易于从处理污水中回收。

本发明采取的技术方案为：

石墨烯负载TiO₂/CaO双层复合纳米材料的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

（1）制石墨烯水相：将磺化石墨烯加入到浓度为4-6mol/L的高氯酸水溶液中，超声分散18-22min后，再加入含有35-45%过硫酸铵的乙醇溶液，混合均匀使其溶解；

（2）钛金属材料预处理：用2000目的砂纸打磨去掉钛金属表面的氧化层，然后分别采用99.5wt%丙酮、99.7wt%甲醇和去离子水对钛金属进行超声清洗30-40min；

（3）制二氧化钛纳米管：将上述处理的钛金属材料置于电解槽中的电解质溶液中，分别作为阳极和阴极，在电压为25V直流稳压电源下氧化1.5-2h，然后将作为阳极的钛金属材料片取出并置于水中超声清洗1.5-2h，烘干；

（4）制TiO₂/CaO复合材料：将上述制得的二氧化钛纳米管浸入到浓度为1.2-1.4mol/L的由Ca(CH₃COO)₂和Na₂S₂O₃按照摩尔比为3：2组成的混合溶液中，在水热釜中保持水热温度160-180?C，水热处理时间4-5h，产物用去离子水洗净，烘干；