[发明专利]一种还原氧化石墨烯包覆钛酸铁复合催化材料及其制备方法和应用

说明书

一种还原氧化石墨烯包覆钛酸铁复合催化材料及其制备方法和应用，它涉及一种钛酸铁催化材料及其制备方法和应用。本发明是要解决现有的钛酸铁的粒径大、易烧结、表面活性位少和且耗能巨大的技术问题。本发明的复合催化材料为六边形形貌，表面包覆的还原氧化石墨烯均匀完全。本发明将钛盐和铁盐溶解于去离子水中，加入形貌控制剂、沉淀剂、氧化石墨烯和尿素以及有机溶剂，水热反应制备而成。本发明的催化材料可应用于光芬顿降解水中的有机污染物。本发明制得还原氧化石墨烯包覆钛酸铁复合催化材料应用于光芬顿处理有机污染时效果优于未包覆的钛酸铁复合催化材料。本发明应用于水处理领域。

技术领域

本发明涉及一种钛酸铁催化材料及其制备方法和应用

背景技术

钙钛矿结构的半导体金属氧化物因具有结构稳定，环境友好，安全性高等普遍特性，目前被广泛应用工业生产中。而其具有的其他特殊特性，如吸光性能强，容量大，循环寿命长等，使得其能被应用于光催化、电极材料、电池材料的研制领域中。

在钙钛矿结构中的天然金属元素绝大多数都是稳定的，新的多组分钙钛矿型复合氧化物能够通过取代或掺杂位来形成，因而具有稳定的物理化学性能。其中钛酸铁(FeTiO₃)作为钙钛矿家族中普遍应用的一类，具备制备原料易得，安全无毒，环境友好，带隙适中，光催化能力强，表面金属活性位多等特征，可以用其实现多种光催化及其他水处理用途，如光解水制氢，光催化杀菌，光催化降解污染物等。此外由于钛酸铁表面具有丰富的金属活性中心，表面羟基以及表面强路易斯酸位等活性点位，同时也可以应用于各种高级氧化过程，例如臭氧催化氧化，非均相类芬顿等水处理过程中，具有巨大经济效应和社会效益。

还原氧化石墨烯是石墨烯的一种衍生物，也具有独特的二维结构、较大的比表面积使其成为制备负载复合材料非常理想的载体。

在现有技术中，大多数合成的钛酸铁都通过高温煅烧法制得，粒径大，易烧结，表面活性位少，且耗能巨大。而传统的催化材料负载还原氧化石墨烯方法，是通过浸渍涂覆方法负载氧化石墨烯后，再通过加热还原方法使其变成还原氧化石墨烯，此种方法耗时耗力，且耗能巨大。

发明内容

本发明是要解决现有的钛酸铁的粒径大、易烧结、表面活性位少和且耗能巨大的技术问题，而提供一种还原氧化石墨烯包覆钛酸铁复合催化材料及其制备方法和应用。

本发明的还原氧化石墨烯包覆钛酸铁复合催化材料的粒径为200nm～800nm，厚度为30nm～50nm，六边形形貌，表面包覆的还原氧化石墨烯的厚度为2nm～10nm，包覆均匀完全。

本发明的还原氧化石墨烯包覆钛酸铁复合催化材料的制备方法是按以下步骤进行的：

将钛盐和铁盐溶解于去离子水中，得到钛盐和铁盐的混合水溶液；将形貌控制剂溶解于钛盐和铁盐的混合水溶液中，然后加入沉淀剂，得到氢氧化铁钛前驱体悬浮液，加入氧化石墨烯和尿素的混合水溶液，得到混合物，然后加入有机溶剂，搅拌均匀，然后转移入水热釜中，在温度为160℃～220℃的条件下反应12h～24h，最后洗涤和干燥，得到还原氧化石墨烯包覆钛酸铁复合催化材料；

所述的钛盐和铁盐的混合溶液中，钛元素的浓度为1mmol/L～10mmol/L，钛元素和铁元素的物质的量相等；

所述的形貌控制剂为有机碱，有机碱的物质的量与去离子水的体积比为(1mmol～50mmol):1L；

所述的沉淀剂为苛性碱水溶液，苛性碱与氢氧化铁钛前驱体悬浮液的体积比为(100mmol～5mol):1L；

所述的氧化石墨烯和尿素的混合水溶液中的氧化石墨烯的物质的量与混合物的体积比为(0.13mmol～13mmol):1L；

所述的氧化石墨烯和尿素的混合水溶液中的尿素的物质的量与混合物的体积比为(6mmol～600mmol):1L；