[发明专利]磁性石墨烯基二氧化钛复合材料的制备方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及磁性石墨烯基复合材料的制备方法，采用溶剂热法制备二氧化钛纳米粒子修饰的磁性石墨烯及其在光催化领域的应用。

【背景技术】

石墨烯作为单层石墨，具有巨大的比表面积和大量存在于表面的自由移动的π电子，因此成为光催化剂中常用的辅助和基板材料。因此，将石墨烯材料与Fe₃O₄TiO₂催化剂相结合，以进一步提高光催化剂的催化活性。

磁性石墨烯是一种新型石墨烯复合材料，有着极强的吸附剂性能，分离简单，能耗小，相比于传统的分离方法，例如过滤、离心、重力沉降，只要外加磁场就可以高效分离磁性石墨烯吸附剂。把磁性纳米微球与石墨烯结合在一起不但使石墨烯易于分离，而且负载在其上的磁性纳米微球能够有效地避免和降低石墨烯片层团聚和堆叠，磁性纳米粒子与邻近石墨烯片层的空间效应还能提供尽可能多的可利用的表面积以提高吸附能力。

在众多纳米材料中，二氧化钛作为一种传统的半导体材料，其具有低成本、催化效率高、无毒、强抗光腐蚀性、化学性能稳定等优越性能，成为目前降解有机污染物中最受欢迎的材料。在光催化的应用上，对于染料的降解二氧化钛展现出了比较高的催化性能。但是二氧化钛作为光催化剂在使用后不易分离回收，在光照下，光生电子和空穴的快速复合和较低的光子利用效率，限制了其在实际中的应用。

因此，将二氧化钛纳米粒子负载在磁性石墨烯上作为光催化剂降解染料，把磁性石墨烯良好的吸附性、电子转移能力以及易于回收的优点，和纳米二氧化钛卓越的光催化能力结合在一起，克服了纳米二氧化钛单独作为催化剂时的缺点，提高了光催化性能。

【发明内容】

本发明的目的是将二氧化钛纳米粒子负载于磁性石墨烯上，所制备的二氧化钛纳米粒子修饰的磁性石墨烯基复合材料，集磁性石墨烯与二氧化钛纳米粒子的特性于一身，表现出良好的吸附、电子转移、光催化、易于分离等能力，提供了一种磁性石墨烯基二氧化钛复合材料的制备方法，并将其应用于光催化领域。

本发明的技术方案：

一种磁性石墨烯基二氧化钛复合材料的制备方法，首先通过溶剂热法合成不同尺寸Fe₃O₄纳米微球修饰的磁性石墨烯复合材料，然后以磁性石墨烯和钛酸四丁酯为原料，通过机械搅拌，合成磁性石墨烯基二氧化钛复合材料，包括如下步骤：

1)RGOFe₃O₄复合材料的制备

称取FeCl₃·6H₂O，溶于乙二醇中，通过超声得到黄色透明溶液。然后加入氧化石墨(GO)，超声1h，最后加入无水醋酸钠，超声30min后，将溶液转入不锈钢反应釜中，放入烘箱在200℃下晶化12h。反应后取出反应釜冷至室温，所得材料用乙醇洗6次，60℃下真空干燥12h。

2)RGOFe₃O₄C复合材料的制备

首先称取Fe₃O₄RGO，在2M的硝酸中超声10分钟，然后用去离子水洗涤。将处理过的Fe₃O₄RGO微球分散在含水葡萄糖溶液中，并且在葡萄糖溶液中加入十六烷基三甲基溴化铵，超声半小时。再经过10分钟剧烈搅拌(搅拌桨)后，将悬液转移至高压釜，并在180℃反应4小时。反应后，将高压釜在空气中自然冷却，在磁铁的帮助下将悬浮液分离，并用去离子水和乙醇分别洗涤三次。在烘箱内80℃下干燥约4小时后得到RGOFe₃O₄C复合材料。

3)RGOFe₃O₄TiO₂复合光催化剂的制备

将钛酸四丁酯溶解在乙醇中，以形成澄清的溶液。然后借助超声波处理5分钟使RGOFe₃O₄C复合材料分散在刚制备的溶液中。将的水和乙醇的混合液逐滴添加到RGOFe₃O₄C复合材料的悬浮液中，并伴随大约15min的强烈搅拌。此后，将悬浮液再搅拌2小时，后用乙醇分离和洗涤。用乙醇分离/洗涤/再分散，处理5次，得到的粉末在烘箱中干燥，最后在500℃氮气气氛下煅烧3小时。

所述FeCl₃·6H₂O、乙二醇、氧化石墨烯、无水乙酸钠和乙醇的用量比为1-5g∶20-50ml∶50-200mg∶2-5g∶20-50mL。