[发明专利]一种石墨烯‑纳米二氧化钛复合物光催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种石墨烯-二氧化钛复合物光催化剂的制备方法，具体属于光催化剂技术领域。

背景技术

随着科学技术的飞速发展，人类的生活水平正在逐步上升。我国在经济增长方面取得了长足的进步，生产力得到了很大的提升。但是我国不少地区是以破坏环境为代价从而使经济大幅度提升，因此我们可以看到随处建造的小广场，向河里排放了大量的工业污水，pm2.5指数只增不减，我们的生活环境堪忧。水是生命之源，水污染已经成了全人类的公敌，如何减少水污染带来的影响是我们要考虑的问题。现在在污水处理方面，有吸附，人工打捞等，总而言之，非常单一。而且吸附法往往会造成二次污染，得不偿失，另外很多污水处理技术成本高，不易于推广使用。

光催化作为一种新技术，展现了其良好的优势。相比于普通的污水处理技术，光催化具有很多优点，第一，反应条件温和，降解有机污染物效果佳。；其次，成本低廉，制备简单，操作简便；再者，它可循环使用，光催化分解产物为H₂O﹑CO₂﹑N₂等无污染物质，不会产生二次污染。因此，其具有非常高的经济价值和社会效益。

二氧化钛具有非常优良的化学性质，例如化学稳定性，电传导性。正因为它有很多优点，所以被应用于很多领域。二氧化钛有三种类型，金红石型，锐钛矿型，板钛矿型。其中，锐钛矿型二氧化钛稳定性好，吸氧能力高，因此应用更加广泛。锐钛矿型二氧化钛具有很好的光催化能力，因此可以做成光催化剂降解污染物。锐钛矿型二氧化钛由一个充满电子的低能带与一个空的高能带组成,低能带和高能带由禁带分开，其为宽禁带半导体,当TiO₂ 纳米棒受到大于或等于禁带宽度能量的光子照射后，电子受激发从价带跃到导带，会在价带上产生空穴 ，而空穴与光生电子具有强氧化性，可以降解有机污染物。但由于二氧化钛只能吸收紫外光，而紫外光能量在太阳光能量中占比极低，因此二氧化钛无法充分利用阳光；另外光生电子和空穴的复合速率远大于其与有机物发生作用的速率，因为这两个缺点，使得二氧化钛光催化性能大打折扣。

为了解决二氧化钛纳米棒的缺点，考虑引入石墨烯颗粒。石墨烯，是一种由单层碳原子组成的二维蜂窝状晶格结构碳质材料，具有良好的导电性，并且比表面积很大。将其与二氧化钛纳米棒复合，可以大大改善二氧化钛光吸收率低，光生电子与空穴易复合的缺点。其原因如下，石墨烯具有一定的吸附能力，可以将污染物吸附到催化剂的表面，加快反应速率，另外石墨烯的良好导电性可延缓电子空穴的复合，石墨烯与二氧化钛的成键降低了能极差，使催化剂对太阳光的利用率提高。

目前对于石墨烯-二氧化钛复合物的制备已经拥有了一些方法，但或多或少都有一些不足之处。例如专利CN105551828A中陈述的制备方法中，存在原料浪费，操作不简单的缺点，抑制了其在工业上的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种石墨烯-纳米二氧化钛复合物光催化剂的制备方法，以石墨粉，浓硫酸，CATB，正戊烷，正戊醇，三氧化钛等为原料的，通过一系列的反应制得石墨烯-纳米二氧化钛复合物光催化剂。本催化剂制备过程简单，成本较低，具备良好的催化性能，在常温常压，太阳光照射下，即可将有机污染物催化降解完全，降解产物无污染。

一种石墨烯-纳米二氧化钛复合物光催化剂的制备方法，具体步骤如下：

合成氧化石墨烯：

在200-500mg石墨粉、1.5-2.5g硝酸钠的混合溶液中，加入15-25ml质量浓度为98%的浓硫酸，在低于5℃的温度下搅拌，让其在烧杯中反应1.0-1.5h；将高锰酸钾研磨成粉末，然后在0.5h内，于烧杯中加入1.5-3.0g粉末，在温度低于5℃中反应1.5-2.0h；将烧杯放在恒温箱中升温到35-40℃，然后恒温1.0-1.5h，恒温结束后向烧杯中加入40-50mL去离子水，再将温度升至85-100℃，恒温10-20min；然后把烧杯中的溶液冷却到室内温度，加入60-90ml去离子水稀释，溶液变为亮黄色，之后再加入10-15ml质量浓度为35%的过氧化氢溶液；然后进行过滤，将滤渣用250-410ml质量浓度为5%的盐酸洗涤，用抽气泵抽干重复洗涤三次，然后再用去离子水洗涤三次，最后用透析袋透析两天，之后放入真空干燥箱在60℃下干燥24h，最后磨成粉末得到氧化石墨烯；

石墨烯-纳米二氧化钛复合物光催化剂的制备：