[发明专利]一种还原氧化石墨烯基光催化气凝胶珠的制备方法

说明书

本发明公开一种还原氧化石墨烯基光催化气凝胶珠的制备方法，包括：制备氧化石墨烯水溶液；制备氧化石墨烯/光催化剂分散液；将海藻酸盐粉体缓慢加入氧化石墨烯/光催化剂分散液中，得到氧化石墨烯/光催化剂/海藻酸盐混合液；将所述混合液滴加到金属盐溶液中，得到氧化石墨烯基水凝胶珠，静置使凝胶珠交联完全；还原制备的水凝胶珠，得到还原氧化石墨烯基水凝胶珠；将制得的水凝胶珠冷冻干燥，得到还原氧化石墨烯基气凝胶珠。本发明方法流程简单，成本低成本、可快速大量生产，制成的气凝胶珠对有机染料的吸附作用和光催化降解作用优异。

技术领域

本发明涉及一种光催化材料的制备方法，具体地，涉及一种还原氧化石墨烯基光催化气凝胶珠的制备方法。

背景技术

随着社会的发展，能源、环境等问题日益突出，一方面人类对石油燃料的需求越来越大，但由于其不可再生的特性，使得人类面临着严峻的能源危机；另一方面工业生产、日常生活产生的各种污染物肆意排放，不仅影响了人类的健康更对生态环境造成了极大的破坏。光催化技术作为一种利用光能来驱动各类化学反应的技术，由于其反应条件温和、能量来源清洁丰富等优点，受到越来越多科研人员的关注。但是，多数光催化材料都存在量子效率低、可见光利用率低、稳定性较差、不易回收等问题，这对光催化材料在实际领域中的应用提出了极大的挑战。

石墨烯是由碳原子按照蜂窝状结构排列而成的单原子厚度的二维晶体，被认为是构建其他维度sp²杂化碳材料的基本结构单元。石墨烯的独特结构赋予了其诸多优异性能，可以弥补现有光催化材料的不足，如其超高的室温载流子迁移速率可以加速光生电子-空穴的迁移，减少其重新复合的几率；巨大的比表面积可以将反应物快速吸附到材料表面，加速光催化氧化还原反应的进行；同时可以作为支撑载体将半导体光催化材料均匀分散，抑制其团聚；还可以作为光稳定剂抑制半导体发生光腐蚀等。

另一方面，多数光催化材料宏观上为粉末态，这在实际应用中存在许多弊端，主要是粉体不易回收，使其不能直接投放到污水河道，极大地限制了光催化材料的应用。同时，易团聚、二次污染等，都是粉体催化剂现存的主要问题。构筑光催化气凝胶材料，既提供了支撑骨架，有效避免了粉体催化剂的团聚，三维宏观尺寸还有利于催化剂的回收和再利用，其多孔结构还可进一步提高材料的吸附能力。

目前石墨烯基光催化气凝胶的制备多采用直接冷冻干燥法，即以石墨烯宏观体为三维骨架负载光催化材料。然而采用这种方法得到的气凝胶力学强度不高，经过液体的长时间浸泡后不能保持结构的持续稳定，因而在实际应用中受到了限制。

发明内容

鉴于现有技术的上述情况，本发明的目的在于提供一种用于有机染料吸附及光催化降解的还原氧化石墨烯基光催化气凝胶珠的制备方法，一方面在增大材料吸附能力、光催化效率的同时，提高材料的耐水性及分离回收效率；另一方面实现低成本、快速、大量地制备形状与体积可控的高品质光催化材料。利用该方法可为光催化材料在污水处理领域的实际应用奠定基础，具有显著的经济效益和社会效益。

本发明的上述目的是利用以下技术方案实现的：

一种还原氧化石墨烯基光催化气凝胶珠的制备方法，包括下述步骤：

1.1氧化石墨烯水溶液的制备

取氧化石墨烯粉体超声分散于蒸馏水中，得到氧化石墨烯水溶液，所述氧化石墨烯粉体的质量与蒸馏水的体积的比例为1:1g/L～10:1g/L。

1.2氧化石墨烯/光催化剂分散液的制备

搅拌下，取光催化剂分散至步骤1.1制备的氧化石墨烯水溶液中，超声使其分散均匀，光催化剂与氧化石墨烯粉体的质量比为10:1～10:10。其中所述光催化剂可以为TiO₂纳米颗粒、TiO₂纳米线、MoS₂纳米片、ZnO纳米颗粒中的一种。

1.3氧化石墨烯/光催化剂/海藻酸盐混合液的制备