[发明专利]一种用于吸附降解亚硝胺的石墨烯-纳米氧化锌复合光催化材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于吸附降解亚硝胺的石墨烯-纳米氧化锌复合光催化材料的制备方法及由该方法制备的复合光催化材料，属于材料、化学、环境等学科的交叉学科领域。

背景技术

新世纪以来，环境污染危害健康的案件比比皆是。对环境污染物除了进行严格的排放控制，进行彻底降解已经成为一项越来越紧迫的任务。

烟气是一种极为复杂的混合物，但只有0.6％的有害物质其中有0.2％(60多种)是致癌和可疑致癌物，被IRAC(国际癌症研究协会)列入黑名单的物质有七类(多环芳烃、杂环芳烃、N-亚硝胺、芳香胺、醛、杂类有机物如丙烯腈和氯乙烯、无机物)。烟气中的大部分物质环境空气中也有，如苯并[a]芘(B[a]P)，在城市空气、汽车尾气、厨房油烟、以及水果、蔬菜和谷物制品中都有发现。但烟草特有亚硝胺(TSNAs)是个例外，是一类在烟草晒制、处理、发酵和燃烧过程中产生的致癌物质，在烟草制品、烟气、环境烟气(ETS)、无烟烟草和其它烟草制品诸如雪茄及印度雪茄里面都被检测到。其中4-(N-甲基亚硝胺基)-1-(3-吡啶基)-1-丁酮(NNK)在烟草亚硝胺类中致癌性最强，而最近美国的环境研究学者在水体中检测到了低浓度的烟草特有亚硝胺，因此能找到一种能彻底降解环境中类似于NNK这样低浓度高危害污染物的处理方法非常有必要。

在诸多污染物控制手段中，光催化技术具有独特的优势，能使诸多情况下难以实现的反应在较温和的条件下能够顺利进行，虽然光催化复杂的反应机理还没有被彻底了解，但是应用研究成绩斐然。半导体光催化技术在环境污染物治理、光解水制氢、太阳能电池等领域具有广泛的应用。为提高光催化剂的性能，人们不仅将研究的重点放在经典的二氧化钛体系，还尝试了很多其它结构相似的半导体材料，其中氧化锌就是效果最好的光催化材料之一。氧化锌是一种禁带宽度为3.2eV直接带隙半导体，具有很好的导电、导热性能和化学稳定性，然而氧化锌的光生电子空穴对易于快速复合导致光催化性能下降，因此研究者采用了很多方法来抑制光生电子空穴对的复合并拓展光响应区域，包括结构形貌控制、贵金属负载、离子掺杂、有机无机材料复合等，其中碳材料与光催化剂的复合是其中一个主要的方向。

目前在这些碳材料中石墨烯由于其优异的性能而成为研究热点。石墨烯是由单层碳原子紧密堆积成二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料，其结构类似于未卷曲的碳纳米管。由于其独特的结构特征和非同寻常的性能近年来引起了研究者的广泛关注，是构成新材料的非常有前景的基本结构单元，石墨烯能够作为纳米氧化锌光催化剂的支撑材料，起到电子传递通道的作用抑制光生电子空穴对的快速复合。由于石墨烯具有优异的电子传输性能，我们将石墨烯与氧化锌纳米材料进行了复合,能够大幅度提高材料的光催化性能并能抑制光催化材料的光腐蚀。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于吸附降解亚硝胺(NNK)的石墨烯-纳米氧化锌复合光催化材料及其制备方法，由于亚硝胺属于烟草特有致癌成分，因此该复合光催化材料具有用作吸附降解烟草特有亚硝胺的功能材料的潜在应用价值。

本发明具体是通过以下技术方案实现的：

一种用于吸附降解亚硝胺(NNK)的石墨烯-纳米氧化锌复合光催化材料的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤(1)：取天然石墨置于浓硫酸中，然后加入K₂S₂O₈和P₂O₅，经热反应后，加去离子水稀释并静置处理，然后经过滤、水洗和干燥得到膨胀化的天然石墨；

优选的，所述热反应的温度为60～80℃，热反应的时间为3～5小时。

优选的，所述天然石墨为80-100目的天然鳞片石墨。

优选的，所述天然石墨、浓硫酸(98wt％)、K₂S₂O₈、P₂O₅以及去离子水的添加比例为3～5g：12～20ml：2.5～6g：450～550ml。

优选的，所述静置的时间为12-24小时。

步骤(2)：将所述经膨胀化预处理的天然石墨采用Hummer’s化学法氧化成氧化石墨(GO)；

所述Hummer’s化学法为一种较为普遍使用的石墨氧化处理方法。