[发明专利]一种石墨烯-纳米二氧化钛复合整理织物催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及化工催化剂技术，具体为一种石墨烯-纳米二氧化钛复合整理织 物催化剂及其制备方法。

背景技术

21世纪，随着社会的不断发展，工业化进程加快，环境污染问题已然成为人们 面临的亟待解决的突出问题之一。各国政府和科学家们纷纷开始致力于解决污 染问题，尤其是染料废水的处理。作为一个廉价的环境友好的材料，二氧化钛被 广泛的用来光催化降解水中的有机污染物。然而，二氧化钛催化剂存在粒径小、 回收难、光子利用效率低、光催化活性不高等缺点，通过将二氧化钛负载在高 比表面的纤维或纤维织物载体上不仅可以提高其催化活性，也有利于在污水处 理时重复使用[参见杨金库，董永春，郭瑾，刘春燕.低温制备纳米TiO₂溶胶整理 棉织物对染料的降解.纺织学报，2010，31(7)：69-73]。但是由于二氧化钛的 能带较宽，只能被低于387nm的紫外光所激发，因而限制了其利用率。另一方 面，在太阳光的辐射下，光生电子-空穴的迅速复合，也是另外一个限制二氧化 钛光催化效率的重要因素。因此，仅通过改变负载材料来提高二氧化钛光催化 活性是不够的，有必要通过将二氧化钛的能带间隙变窄，延长光生电子的寿命 来提高其光催化活性。现在，已经有许多方法来解决这些问题，比如在二氧化 钛中掺杂贵金属，金属氧化物和碳基材料等。石墨烯是一种具有优良物理化学 性质的新型碳材料，恰好能够弥补二氧化钛的一些不足。石墨烯具有很好的电 学性质，是一个良好的电子受体，能够将光生电子很快的传导到材料表面，抑 制了电子-空穴的复合。另外，石墨烯材料还具有超高的比表面积和吸附能力， 能够吸附更多的染料分子等有机化合物在其表面。当将其与二氧化钛复合时能 够加速染料光催化分解速度。现在关于石墨烯/二氧化钛复合材料的制备方面已 经有了不少研究，力图通过多种不同的石墨烯改性方法来改善二氧化钛光催化 效率。在这些研究过程中通常采用将两者混合后再将其负载到材料表面，不仅 所需设备复杂，存在制备时间长，生产效率低、成本高和不易于工业化生产等 问题，而且大多涉及无机材料，而对于对温度敏感的有机纤维材料几乎没有涉 及。因此，本发明的目的就是提供一种石墨烯-二氧化钛复合整理织物催化剂及 其使用常规工业化设备的制造方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是：提供一种石墨烯-纳米 二氧化钛复合整理织物催化剂及其制备方法。其特征在于该催化剂是由石墨烯 和纳米二氧化钛负载到棉纤维上而成，外观呈灰色纤维形状。催化剂中的石墨 烯含量通常为2.3-14.7mg/g，纳米二氧化钛含量通常为6.34-9.59mg/g，其对 染料等污染物的氧化降解反应具有更高的催化活性，且在重复使用过程中也能 保持较好的催化性能。本发明所述催化剂用于促进工业废水特别是纺织印染废 水中污染物如染料的氧化降解反应，比现有催化剂更高的催化活性，能够使废 水中污染物如染料更快地进行氧化降解反应。此外，在该催化剂制备过程中首 先将氧化石墨烯负载到织物上，然后将其还原成石墨烯，最后将纳米二氧化钛 整理到石墨烯负载织物上。因此该催化剂制备方法工艺相对简单，成本适中， 容易操作，有利于工业化推广。

本发明解决所述催化剂技术问题的技术方案是：设计石墨烯-纳米二氧化钛 复合整理织物催化剂及其制备方法，其采用下述工艺处理：

1.织物的前处理工艺：在室温和搅拌条件下，首先将织物浸入含有2.0g/L 碳酸钠和2.0g/L皂粉的水溶液中，并在95℃下搅拌处理30min后取出，然后使 用蒸馏水对织物进行水洗5次，最后将其烘干即可；

2.氧化石墨烯水分散液的配制：将0.50g氧化石墨烯粉体和99.5mL蒸馏 水置于烧杯中，在室温条件下使用磁力搅拌器搅拌10min，然后使用超声波振荡 器超声处理15min使氧化石墨烯粉体均匀地分散在水中，即制得棕黄色的氧化 石墨烯水分散液；

3.氧化石墨烯整理织物工艺：将1.0g经前处理的织物在50mL的上述氧 化石墨烯水分散液中浸渍20min，并利用轧车对浸渍后的织物进行处理以去除 多余水份并保持轧余率为75-80％。然后在105℃烘干即制得氧化石墨烯整理织 物。将上述过程如此重复多次，得到不同层数的氧化石墨烯整理织物。

4.氧化石墨烯的还原工艺：首先将1.0g氧化石墨烯整理织物浸入50mL 的质量分数为8.0％的保险粉水溶液中，然后在95℃搅拌处理30min后取出织物；