[发明专利]一种TiO2-还原石墨烯复合材料及其制备方法和在人工海水体系中的应用

说明书

本发明公开了一种TiO₂‑还原石墨烯复合材料及其制备方法和在人工海水体系中的应用，制备方法包括(1)将氧化石墨烯、无水乙醇和去离子水混合，水浴中搅拌至形成平衡的吸附体系；(2)将溶解有钛酸四丁酯的无水乙醇溶液滴加到所得吸附体系中，反应得到到包含TiO₂‑氧化石墨烯粒子的悬浮体系；(3)将所得悬浮体系移入高压釜中，密闭后进行热处理；(4)热处理反应液冷却后分离，经洗涤和烘干处理后即得。本发明方法合成工艺简单，使用本发明得到的TiO₂成锐钛矿结晶、尺寸在1～20nm。可以在人工海水体系中高效光降解去除苯酚，通过调整反应和热处理参数即可有效调控光催化剂形貌和性能。

技术领域

本发明涉及复合光催化剂制备以及含盐废水体系中光催化氧化降解污染物领域，具体涉及一种人工海水体系中弱光响应的TiO₂-还原石墨烯复合材料的制备方法。

背景技术

我国有着广阔的海洋领域和丰富的海洋资源，但随着海洋经济的不断发展和工业农业废水陆排的持续，海洋污染问题逐渐成为制约我国经济发展的一个重要因素。尤其由于工业农业等废水的陆排和渔业捕捞等产生的近海环境污染问题十分严重。除了限制工农业废水向海水排放外，目前急需找到一种可应用于海水体系有机污染物去除的技术。海水体系是一个盐分较高(3-5％含盐量)的水体系，海水中的有机污染物浓度低但成分较为复杂，很难将陆地中成熟的水处理技术应用于海水体系污染物处理过程中来。新型的多相光催化技术由于其绿色、低能耗且对污染物的无选择性，为处理海水体系中的有机污染物提供一种可能。

例如公开号为CN 103084189A的中国发明专利申请文献公开了一种适合海水或盐湖卤水的制氢光催化剂的制备方法，采用氧化物半导体和硫化物半导体作为光催化剂，通过下列两种制备工艺方法将助催化剂负载在半导体光催化剂表面：(1)将氧化物半导体或硫化物半导体放入金属盐的水溶液或金属盐的有机溶液中，通过加入沉淀剂或直接化学反应将金属以硫化物或氢氧化物形式负载在光催化剂表面上；(2)将质量比为1：0.1到1：0.001的催化剂和助催化剂通过混合、机械研磨直接得到，或研磨后在 400-1000℃下煅烧得到；所述的氧化物半导体为TiO₂、ZnO和BaTiO₃的粉末或薄膜；所述的硫化物半导体为CdS,Cd1-xZnxS(x＝0-1)和ZnIn₂S₄以及复合半导体ZnS1-x-0.5yOx(OH)y-ZnO的粉末或薄膜；所述的助催化剂为金属镍、钴、铜或钼的硫化物或氢氧化物；所述的金属盐的水溶液为金属镍盐、钴盐、铜盐或钼盐的水溶液；所述的金属盐的有机溶液为甲醇或乙醇的金属镍盐、钴盐、铜盐或钼盐溶液；所述的沉淀剂包括两类：1) 碱性沉淀剂：尿素、氨水或氢氧化钠；2)硫化物沉淀剂：硫化钠、硫化铵、硫脲或硫代乙酰胺。

但目前要将光催化应用于海水体系中还需要首先克服两个难点。第一，光催化过程伴随着催化剂对降解物的吸附过程，在海水这个典型的盐体系中，无机阴阳离子都会在光催化剂表面与有机污染物产生竞争吸附。若不能有效吸附有机物，催化剂表面活性位就会被离子占据，从而导致催化活性的降低甚至消失。因此，在海水体系中如何保证有机物在催化剂表面的吸附过程占主导地位是需要解决的第一个问题(对应到本申请中是如何解决)。第二，海水体系中可利用的光源是自然弱光光源，这就要求应用于海水体系中光催化降解过程的催化剂具有弱光响应能力，而且在弱光激发下能保证优异的催化活性。

发明内容

本发明提供了一种人工海水体系中弱光响应的TiO₂-还原石墨烯复合材料的制备方法，该方法合成工艺简单，使用本发明得到的TiO₂成锐钛矿结晶、尺寸在1～20nm。可以在人工海水体系中高效光降解去除苯酚，通过调整反应和热处理参数即可有效调控光催化剂形貌和性能。

一种弱光响应的TiO₂-还原石墨烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：