[发明专利]一种复合型高效可见光光催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明属于催化剂技术领域，具体涉及一种复合型高效可见光光催化剂及其制备方法和应用。制备方法包括以下步骤：1)以改良Hummers法制备氧化石墨烯水溶液；2)以甲基橙溶液为模板剂，高锰酸钾为氧化剂制备纳米二氧化锰改性聚吡咯管；3)将纳米二氧化锰改性聚吡咯管与氧化石墨烯溶液混合分散均匀，在高压水热釜中反应，制得二氧化锰‑聚吡咯石墨烯气凝胶光催化剂。通过本发明所提供的复合型高效可见光光催化剂的制备方法可以简单、高效、低成本的制备得到活性良好，稳定性高的可见光光催化剂，易于工业化，解决了传统光催化剂成本高，重复性差的问题。

技术领域

本发明属于催化剂技术领域，具体涉及一种复合型高效可见光光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

现在中国的环境问题日益严峻，现有的对有机废水的处理方法存在对废水要求高，成本大等一系列问题。光催化降解法处理废水具有选择性广，使用方便，成本低廉等优点，是未来处理废水废气最优前景的方法。传统的光催化剂如TiO₂、ZrO₂、ZnS、CdS ZnO、或BiVO₄等主要的光线吸收区为紫外光区，但太阳光中的紫外光在达到地面时已被大气层吸收反射掉大部分，实际地表太阳光线中的紫外光含量不到5％，导致传统的光催化剂光能利用率低。传统的改良手段包括贵金属负载掺杂改性，半导体材料复合等。但这些改良成本太高，要求条件苛刻，无法大规模制备生产。聚吡咯作为一种具有半导体特性有机高分子，因为易于制备，稳定性好，对环境友好性而备受研究者的青睐。其禁带宽度适中，对可见光响应良好，是一种极具潜力的光催化剂。但由于纯聚吡咯禁带宽度大，电导率小，分散性差，导致其催化效率低，难以单独应用于光催化领域。

二氧化锰是一种比表面积大，电化学性质稳定，成本低廉的电化学材料，其与聚吡咯掺杂，一方面能够提高聚吡咯的分散性，提高材料的吸附性；同时能够降低聚吡咯的禁带宽度，进一步扩宽其对光源的利用率。

石墨烯气凝胶是一种具有三维多孔结构，大比表面积，良好的电导率的三维材料。其不仅具有石墨烯吸附性能好的优点，同时三维多孔结构使得其作为载体时能良好的分散活性组分。其较高的电导率能够遏制催化剂在进行光激发反应时产生的空穴-电子对的再复合，提高催化剂的催化效率。通过石墨烯气凝胶与聚吡咯和二氧化锰的复合，得到了具有高效降解速率的可见光光催化剂。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明提供了一种高效可见光光催化剂及其制备方法和应用，可以解决传统光催化剂的响应范围小，成本高的问题。

本发明所提供的技术方案如下：

一种高效复合型可见光降解性催化剂，包括：

三维石墨烯气凝胶以及负载在石墨烯气凝胶上的纳米二氧化锰改性聚吡咯管，其中，所述聚吡咯的结构通式如下：

其中：A^-离子为氧化剂阴离子，主要为OH^-离子，因为使用金属盐类作为氧化剂(如KMnO₄)制备PPy的过程中，其阴离子同时也可以作为掺杂剂，并通过电荷转移形成复合物。此时PPy的链结构即为一般的氧化掺杂结构。

上述的复合型高效可见光光催化剂，光催化剂的活性组分为纳米二氧化锰改性聚吡咯管。

上述的复合型高效可见光光催化剂，光催化剂的载体为三维结构石墨烯气凝胶。