[发明专利]一种二氧化钛量子点负载的磺化石墨烯气凝胶及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种二氧化钛量子点负载的磺化石墨烯气凝胶及其制备方法和应用，所述二氧化钛量子点负载的磺化石墨烯气凝胶是由疏水性的磺化石墨烯作为基底构筑气凝胶，二氧化钛量子点负载于磺化石墨烯基底上。本发明二氧化钛量子点负载的磺化石墨烯气凝胶能以极高速率光催化降解全氟辛酸。由于本发明二氧化钛量子点负载的磺化石墨烯气凝胶同时具备光催化效率高和回收方便的特点，在光催化和环境保护等领域有很大应用潜能。

技术领域

本发明属于材料制备领域，尤其涉及一种二氧化钛量子点负载的磺化石墨烯气凝胶及其制备方法和应用。

背景技术

在近十年来，以全氟辛酸为代表的全氟取代化合物因其在环境中的普遍检出而成为环境化学界的热点。全氟辛酸性质稳定，在环境中稳定存在，并具有生物富集性。光催化降解全氟辛酸因其高效，节能成为一种全氟辛酸降解的有效途径。

二氧化钛半导体作为一种光催化剂在能源利用和环境治理中有着十分重要的作用。然而，二氧化钛光催化剂在使用中存在众多局限性，比如商业二氧化钛粒径过大，易发生团聚且对紫外线具有屏蔽作用，阻碍其光催化活性的发挥；使用后较难回收，限制其重复利用，且增大其扩散进入环境的风险。石墨烯具有优异的物理化学性质，如高比表面积、高透光性、高导电性、高机械强度、表面易修饰等，然而其在使用后也较难回收，故一般将其自下而上组装成气凝胶。石墨烯气凝胶可作为负载二氧化钛颗粒的基底材料。在现有技术中，中国专利105854860A公开了一种高比表面积二氧化钛/石墨烯气凝胶的制备方法。但其直接采用二氧化钛粉末用于负载，未能有效控制二氧化钛团聚从而使其粒径过大；使用水热反应用于石墨烯与二氧化钛的复合，能耗高、污染大。因此，如何有效地将二氧化钛以量子点尺寸级别的小粒径颗粒均一地负载于石墨烯气凝胶基底材料上至关重要。

发明内容

针对现有技术存在的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种二氧化钛量子点负载的磺化石墨烯气凝胶及其制备方法和应用，即是二氧化钛以2~3 nm的量子点形式存在，也使二氧化钛量子点均一分布，还防止石墨烯的堆垛造成位点的缺失，且材料的宏观结构便于其使用后的回收利用。

所述的一种二氧化钛量子点负载的磺化石墨烯气凝胶，其特征在于由疏水性的磺化石墨烯作为基底构筑气凝胶，二氧化钛量子点负载于所述磺化石墨烯基底上。

所述的一种二氧化钛量子点负载的磺化石墨烯气凝胶，其特征在于所述的磺化石墨烯尺寸大于50μm，二氧化钛量子点粒径为2~3 nm。

所述的二氧化钛量子点负载的磺化石墨烯气凝胶的制备方法，其特征在于包括以下过程：

1）将疏水性的磺化石墨烯分散于水中，加入引导剂A作为亲水性的三价钛盐和疏水性的磺化石墨烯的连接体，超声分散均匀，再加入三价钛盐和氧化剂B，氧化剂B将分散液中的磺化石墨烯部分氧化，并将连接在磺化石墨烯上的三价钛盐氧化成二氧化钛量子点，分散液再经后处理得到二氧化钛量子点负载的磺化石墨烯片层；

2）步骤1）所得二氧化钛量子点负载的磺化石墨烯片层重新分散于水中，随后通过冰模板法处理，得到所述二氧化钛量子点负载的磺化石墨烯气凝胶。

所述的二氧化钛量子点负载的磺化石墨烯气凝胶的制备方法，其特征在于步骤1）中，所述的引导剂A为十二烷基硫酸钠，所述的氧化剂B为双氧水；所述的三价钛盐为三氯化钛。

所述的二氧化钛量子点负载的磺化石墨烯气凝胶的制备方法，其特征在于步骤1）中，磺化石墨烯分散于水中的浓度控制在1~3 mg/mL，优选为2 mg/mL；步骤1）向磺化石墨烯、水与引导剂A的混合液中加入三价钛盐和氧化剂B混合形成的分散液中，三价钛盐的投入浓度控制在0.005~0.02 mol/L，优选为0.01 mol/L。