[发明专利]一种二氧化钛/Zn‑g‑C3N4/石墨烯复合材料的制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及光催化剂技术领域，特别涉及一种二氧化钛/Zn-g-C₃N₄/石墨烯复合材料的制备方法与应用。

背景技术

近年来，随着电镀、冶金、制革、印染和化工等行业的快速发展，水体中重金属的含量越来越高。铬作为一种重要的污染物，相对于三价铬，六价铬的毒性是其100倍，且六价铬更容易被人体所吸收和蓄积，并引起口角糜烂、恶心、呕吐、腹泻、腹疼和溃疡等病变。最常用的处理Cr(VI)的方法是加一定量还原剂将Cr(VI)转化成Cr(III)，之后在碱性条件下形成Cr(OH)3沉淀而去除，但这种方法需要消耗大量的还原剂且容易造成二次污染。

半导体光催化法能够把Cr(VI)还原成Cr(III)，是一种环境友好的处理方法。TiO2由于其性质稳定、无毒、氧化还原能力强、无二次污染等优点，是目前公认的最佳光催化剂。虽然TiO2对于重金属的去除有很高的效果，

但是由于TiO2的电子-空穴的复合率高，导致其光催化的量子产率低而影响了其实际应用。而且，TiO2过大的禁带宽度( 3.2eV) 导致其只能吸收太阳光中的紫外光部分，而不能吸收可见光部分。因此，对于改进TiO2的光催化效率主要集中在改善其量子产率和对可见光的利用率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种二氧化钛/Zn-g-C₃N₄/石墨烯复合材料的制备方法与应用，该一种二氧化钛/Zn-g-C₃N₄/石墨烯复合材料光催化剂在光照射下可去除废水中六价铬。

本发明的技术方案如下：

本发明提供一种二氧化钛/Zn-g-C₃N₄/石墨烯复合材料，其中石墨烯的质量分数为5~30%，二氧化钛的质量分数为30~60%，Zn-g-C₃N₄的质量分数为30~60%；

本发明提供一种二氧化钛/Zn-g-C₃N₄/石墨烯复合材料，其中外层的石墨烯为三维3D石墨烯结构，二氧化钛纳米颗粒与Zn-g-C₃N₄复合材料均匀的分布在3D石墨烯的孔结构中。

本发明还提供一种二氧化钛/Zn- g-C₃N₄/石墨烯复合材料的制备方法，其制备方法如下：

（1）将二氰二氨和醋酸锌溶解于蒸馏水中，机械搅拌，放入干燥箱内干燥，干燥后转移到马弗炉内煅烧，反应完全后自然冷却得到Zn-g-C₃N₄；

（2）将氧化石墨和制备的Zn-g-C₃N₄加入到水中超声分散形成均匀的悬浮液，再将钛酸四丁酯缓慢地滴入悬浮液中，充分搅拌，混合液转移到聚四氟乙烯内胆中，装入不锈钢反应釜中，进行溶剂热反应。

（3）将溶剂热反应的产物取出，先用乙醇清洗，随后再用去离子水清洗，在真空干燥箱中干燥，得到二氧化钛/ Zn-g-C₃N₄/石墨烯复合材料；

其中步骤（1）中二氰二氨与醋酸锌的质量比为1：0.05~0.1，煅烧温度为500~600℃，煅烧时间为1~3h。

其中步骤（2）中氧化石墨与Zn-g-C₃N₄的质量比为0.1~0.5:1，氧化石墨与钛酸四丁酯的质量比为0.1~0.5:1，超声分散时间30~60分钟，溶剂热反应的温度为170~200℃，反应时间为5~24小时。

本申请中异质结可以在复合材料二氧化钛/ Zn-g-C₃N₄之间形成，有利于电子和空穴的分离，普通二氧化钛/g-C₃N₄产生的电子不能被转移和利用，异质结构中的光生电子和空穴仍会重新组合，导致相对较低的活性，本专利中Zn部分取代了g-C₃N₄的碳，并加入到g-C₃N₄的框架中。这时碳的一部分形成了碳正离子，可以更容易地捕获电子；同时石墨烯也具备超高的导电能力，能够快速的将光生电子转移。

三维结构的石墨烯材料具有大的比表面积和大量的孔结构，有利于吸附废水中的六价铬，并对其进行还原，提高还原效率。