[发明专利]一种钴酸镧/凹凸棒土/还原氧化石墨烯纳米结构复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于化工新材料领域，特别涉及一种钴酸镧/凹凸棒土/还原氧化石墨烯纳米结构复合材料及其制备方法和应用。先通过溶胶凝胶法制备得钴酸镧/凹凸棒石，将其加入到去离子水中，酸化调节pH得到带正电荷的钴酸镧/凹凸棒石水溶液；将氧化石墨通过水合肼还原法制备即得带负电荷的还原氧化石墨烯，并与钴酸镧/凹凸棒石水溶液混合，水浴搅拌反应干燥后即得钙钛矿/凹凸棒石/还原氧化石墨烯复合材料，以该复合材料为催化剂进行光‑SCR脱硝，在100℃‑200℃低温区间对NO_x的转化率可达95％以上。

技术领域

本发明属于化工新材料领域，特别涉及一种钴酸镧/凹凸棒土/还原氧化石墨烯纳米结构复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

近些年，人类大量使用化石燃料，产生了大量未经处理的氮氧化物，它们威胁着生态系统和人类健康，如损耗臭氧层、光化学污染、呼吸系统疾病等，因此，对氮氧化物防治变得尤为重要。

以半导体为催化剂，利用太阳光催化降解污染物质作为新型的，具有应用前景的脱硝技术，成为环境保护科学研究的一个热点。目前光催化脱硝技术具有反应条件温和、能耗低、二次污染少等优点而备受人们关注，其中光耦合-SCR技术结合了光催化和常规SCR两者的特点，在低温反应区间(甚至室温)，N₂的转化率和选择性上有着无可比拟的优势。日本Tanaka课题组对TiO₂进行了一系列光耦合-SCR脱硝的研究，但是由于TiO₂的禁带宽度较宽(3.2eV)，仅对紫外光有响应，而对可见光几乎无响应，从而制约了photo-SCR的应用前景。

因此，采用廉价和储量丰富的非贵金属直接设计具有良好可见光响应的催化材料实现氮氧化物的光耦合-SCR低温还原具有重要的实用价值，目前对于这方面的报道较少。

发明内容

为了在可见光的照射下把NO最大程度的转化成N₂，本发明提供了一种钴酸镧/凹凸棒土/还原氧化石墨烯纳米结构复合材料，该复合材料以还原氧化石墨烯为基体、凹凸棒石为骨架，并负载钴酸镧，复合材料的组成用通式表示为：μ％LaCoO₃/ATP/rGO，μ％为还原氧化石墨烯相对于钴酸镧/凹凸棒石的质量分数，

式中，μ＝0.4～0.8，

钴酸镧(LaCoO₃)是一种典型的具有钙钛矿(ABO₃)结构的稀土复合金属氧化物，由于具有较窄的禁带宽度(2.89eV),对可见光具有较好的响应，LaCoO₃由于是颗粒状且易团聚，本发明利用具有丰富的表面基团的凹凸棒石对气体分子有着很好的原位物理吸附能力，来负载活性组分，可使活性组分在后期的催化过程中能与氮氧化物充分地接触；其次，凹凸棒石载体价格低廉，易于获得，同时凹凸棒石中Mg、Al、Ca等离子的扩散能进入钙钛矿晶格增加杂质能级，增加光响应范围，减少光生载流子的复合；还原氧化石墨烯有较大的比表面积，对氮氧化物有良好的吸附能力；其次还原氧化石墨烯具有高效的电子传输能力，有利于抑制电子-空穴的复合，从而能促进脱硝效率。

本发明还提供了一种上述钴酸镧/凹凸棒石/还原氧化石墨烯纳米结构复合材料的制备方法，即静电自组装法：

(1)将硝酸镧、硝酸钴、柠檬酸、凹凸棒石加入到去离子水中搅拌，然后转移到40～90℃水浴中蒸发得到湿凝胶，干燥、600℃～900℃煅烧，烘干研磨，即得钴酸镧/凹凸棒石，再将所得的钴酸镧/凹凸棒石加入到去离子水中，加入酸调节pH至1～4，即得带正电荷的钴酸镧/凹凸棒石水溶液，

在制备出钴酸镧/凹凸棒石复合材料之后进行酸化改性，因此该酸化改性效果不受钴酸镧负载的影响，

酸可以是盐酸，硫酸或硝酸的一种；

(2)将氧化石墨在去离子水中超声分散后，滴加水合肼并于50-95℃水浴中还原，洗涤过滤后烘干即得带负电荷的还原氧化石墨烯，