[发明专利]一种具有高效光催化功能复合石墨烯的纤维织物制备方法

说明书

本发明提供一种具有高效光催化功能复合石墨烯的纤维织物制备方法，采用浸渍法将多组分的高活性复合石墨烯材料分批负载于表面积大、柔韧性好的纤维织物上，具体步骤是，先分别制备氧化石墨烯分散液、掺杂元素的钛基溶胶和硅基溶胶，同时选择合适的纤维织物并进行预处理；然后将干净的纤维织物浸入GO分散液中进行超声处理；再在超声条件下缓慢加入掺杂元素的钛基溶胶和硅基溶胶；最后取出纤维织物，在50～110℃温度下烘干使复合催化剂在织物上固化，即得到高效光催化功能复合石墨烯整理后的纤维织物。制品对亚甲基蓝水溶液在可见光下的脱色率大于98％，对水中细菌的杀灭率大于99％，对大肠杆菌的杀灭率大于98％，样品中光催化功能复合石墨烯与纤维织物的结合牢固。

技术领域

本发明涉及一种具有高效光催化功能复合石墨烯的纤维织物及制备，属于新型无机非金属材料技术领域。

技术背景

光催化用于降解环境污染物是一项正在发展和完善中的新技术，但是以TiO₂为代表的传统光催化剂虽然化学性质稳定，使用安全，成本较低，但它们需要波长387nm以下的紫外光激发，而且产生的光生电子(e^-)和光生空穴(h⁺)极容易复合，使光催化反应的量子效率很低，也不能利用可见光，再有就是粉末态光催化剂在废水和废气处理中难回收等，因而限制了该技术的应用。针对这些缺陷，国内外已开展了多方面的研发工作，如在TiO₂改性方面采取了贵金属沉积、将几种半导体复合、离子掺杂、光敏化和表面还原处理等；在光催化与其它技术耦合方面，则采取了微波场助光催化、热催化与光催化耦合和光催化与电催化耦合等。

石墨烯具有电子迁移率高、杨氏模量高、强度高和容易化学功能化等优良性能，其衍生物有氧化石墨烯和还原氧化石墨烯等。由于它们具有的特殊物理和化学性质，已经成为材料科学领域的一类新型材料，有可能解决传统光催化剂面临的难题。一些研究表明，将石墨烯或衍生物、改性的复合光催化剂通过物理或化学方法负载于一些载体材料上(如纺织品、金属网、多孔陶瓷等)，就可以扩大催化剂利用可见光的范围，提高光催去除污染和杀菌的效率，其产品更便利于各种场合的污水和空气净化。

近年来已有很多有关报道，代表性的论文有“石墨烯/TiO₂复合材料光催化降解有机污染物的研究进展”(化工学报，Vol.67No.5)。该文认为石墨烯是一种新型的碳纳米材料，具有超大的比表面积和优良的导电性能，将石墨烯与TiO₂复合可显著提高复合材料的光催化性能，在光催化领域具有广泛的应用前景。该文介绍了石墨烯/TiO₂复合纳米材料的制备方法以及在光催化降解有机污染物方面的应用，并分析了石墨烯/TiO₂复合材料促进光催化机理，最后对石墨烯/TiO₂复合光催化剂未来的发展趋势提出了展望。有关的发明专利也较多，如：

CN109092279A公开了一种高效纤维素基类石墨烯/TiO₂复合光催化剂及其制备方法，将纤维素炭化后于Ni溶液中浸渍，干燥后于高温下进行石墨化反应，再进一步采用Hummers法将产物氧化，并在超声作用下分散于水溶液中，依次加入H₃BO₃和(NH₄)₂TiF₆，水解，然后在一定温度下煅烧，制得纤维素基类石墨烯/TiO₂复合光催化剂。该发明以纤维素为原料，经过催化石墨化-氧化-沉积-还原制得了纤维素基类石墨烯/TiO₂复合光催化剂，但成本高。该光催化剂具有极高的光催化活性，在紫外光的照射下可在8分钟内将10mg/L的甲基橙溶液降解完全，可在30分钟内将浓度为0.2mmol/L的Cr(VI)还原为Cr³⁺。