一种太阳光驱动的蜂窝状光催化剂及其制备和应用的制作方法

本发明属于光催化剂及其制备和应用领域，特别涉及一种太阳光驱动的蜂窝状光催化剂及其制备和应用。

背景技术：

我国是纺织工业大国，每年都会产生了大量色度深的印染废水，是较难处理的工业废水之一。现在普遍的处理方法主要有物理分离处理、生物降解技术、化学氧化等。其中化学方法中近年来新兴的光催化氧化技术可直接利用太阳光对有色染料废水进行脱色，是具有重要应用前景的环保节能型印染废水处理技术之一。目前，应用较广泛的光催化剂是无机半导体材料如tio2，但其带隙较宽(3.2ev)，主要在紫外线的照射下具有较高的光催化活性。但紫外线仅占太阳辐射总量的5％左右，大大限制了对太阳能的利用效率及其在工业上的应用。因此，为了实现节能减排目标，发展直接利用太阳光驱动的光催化剂则更具有应用前景。为了能有效利用可见光区的太阳光，目前通过掺杂改性光催化剂tio2，增强其对可见光的吸收能力，是一种开发具有可见光催化活性的催化材料的有效途径。但一般掺杂改性工艺复杂，而且所得催化剂的吸附性能和可见光催化性能均较差，因此开发工艺简单、具有强吸附能力和可直接利用太阳光处理印染工业废水的光催化剂，显然具有在印染工业废水脱色处理具有重要的应用前景。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种太阳光驱动的蜂窝状光催化剂及其制备和应用，本发明方法通过水热法同时水解钛酸四丁酯和还原氧化石墨烯制备二氧化钛/石墨烯(tio2-rgo)光催化剂，工艺简单，成本低并可大量生产，能直接利用太阳光对印染工业废水进行光催化脱色处理，在印染工业废水的环保和低成本处理中具有重要应用前景。

本发明的一种太阳光驱动的蜂窝状光催化剂，所述光催化剂为蜂窝状的二氧化钛/石墨烯tio2-rgo光催化剂。

本发明的一种太阳光驱动的蜂窝状光催化剂的制备方法，包括：

(1)将氧化石墨烯溶解在溶剂中，超声振荡，得到溶液a；将钛酸四丁酯加入溶剂中，得到溶液b；

(2)将溶液b滴加入高速搅拌(300～400转/分钟)的溶液a中，然后转移到反应釜中反应，离心洗涤，干燥，即得太阳光驱动的蜂窝状光催化剂。

所述步骤(1)中溶液a的溶剂为乙醇和水的混合溶液；溶液b的溶剂为乙醇。

所述溶剂a和溶剂b中乙醇总体积和水的体积比为1:1。

所述步骤(1)中氧化石墨烯和钛酸四丁酯的质量比为1:100～400，优选质量比为1:300。

所述步骤(1)中超声振荡时间为0.5-2h。

步骤(2)中溶液b滴加入搅拌的溶液a中，2-4h后转移到反应釜中200℃反应8-16h，优选为200℃反应12h。

所述步骤(2)中离心洗涤为经离心水洗2-5次至中性；真空干燥温度为40℃，时间为18-24h。

本发明的一种太阳光驱动的蜂窝状光催化剂的应用，其特征在于：所述蜂窝状光催化剂直接利用太阳光对印染工业废水进行脱色处理。

将光催化剂tio2-rgo超声分散在印染厂废水溶液中，搅拌，置于太阳光下照射进行脱色处理。

本发明将光催化剂tio2-rgo超声分散在印染废水溶液中，搅拌下置于太阳光下照射，并测试不同光照射时间下溶液的吸光度和颜色变化来评价光催化脱色性能；

所述废水样品取自印染厂工业废液池,稀释10倍后使用；光源为晴天下午1-3点钟期间的自然太阳光。

进一步优选：将光催化剂tio2-rgo超声分散在印染厂废水溶液中，暗吸附半小时后，置于太阳光下照射，每间隔30分钟取样，测量吸光度或拍照记录溶液的颜色变化来测试光催化脱色性能，其中催化剂和废水样品的质量体积比为1mg：1ml。(如催化剂用量为50mg，废水样品为50ml。)

有益效果

(1)本发明利用石墨烯掺杂二氧化钛制备的光催化剂，有效提高了太阳光照射下的光催化活性；

(2)本发明利用一步水热法同时水解钛酸四丁酯和还原氧化石墨烯制备了蜂窝状光催化剂，制备工艺简单；

(3)本发明制备的复合材料光催化剂tio2-rgo催化活性高，具有直接利用太阳光对印染工业废水进行脱色处理的应用前景。

附图说明

图1为所制备的光催化剂tio2-rgo的紫外可见吸收光谱图；

图2为所制备的光催化剂tio2-rgo的tem图；其中a为低分辨tem图，b为高分辨tem图；

图3为太阳光照射下tio2-rgo和商业化p25光催化剂对印染废水的脱色曲线图；

图4为太阳光照射下tio2-rgo和商业化p25光催化剂对印染废水的脱色照片图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于

本技术：
所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

蜂窝状二氧化钛/石墨烯(tio2-rgo)的制备：

将6.0mg的氧化石墨烯(go)溶于10ml乙醇和20ml蒸馏水的混合溶液中，超声振荡1h制得溶液a，然后取1.8g钛酸四丁酯缓慢加入到10ml乙醇中制得溶液b，将溶液b逐滴加入到高速搅拌(400转/分钟)的溶液a中，室温搅拌3h后转移到50ml反应釜中200℃下反应12h，得到的产物经离心水洗至中性，40℃下真空干燥24h，得到二氧化钛/石墨烯(tio2-rgo)光催化剂。

通过漫反射方法测定吸收光谱(图1)。明显可见本发明制备的tio2-rgo光催化剂的吸收光谱与商业化tio2(p25)相比，光谱延伸到了可见光区(>400nm)，表明所制备的催化剂具有更强的可见光吸收性能。通过tem表征可见，tio2-rgo催化剂材料为蜂窝状(图2a)球，直径为100nm左右，其中二氧化钛颗粒直径为10nm左右，均匀分散在层状石墨烯表面(图2b)。

实施例2

太阳光驱动的tio2-rgo光催化剂对印染工业废水的脱色应用：

取50mg本发明实施例1中制备的光催化剂，加入到50毫升浓度稀释10倍后的印染工业废水中，超声振荡5分钟，于暗处搅拌半小时后，置于自然太阳光下照射；每隔半小时移取一次混合液，离心，取上清液用紫外可见分光光度计测量吸光度，从而计算出罗丹明b的浓度，并通过不同照射时间下废水吸光度相对照射前的初始吸光度的比值计算脱色率。可见本发明制备的tio2-rgo光催化剂的催化活性比商业化的p25高，在2小时内前者脱色率可达80％以上，而后者仅有40％(图3)。不同光照时间下废水颜色的变化进一步表明，在2h内tio2-rgo比商业化的p25更有效使印染废水脱色(图4)。可见本发明制备的催化剂tio2-rgo是一种太阳光驱动的光催化剂，具有在印染工业废水脱色处理中应用的前景。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种太阳光驱动的蜂窝状光催化剂及其制备和应用，所述光催化剂为蜂窝状的二氧化钛/石墨烯TiO2‑rGO光催化剂。制备：将氧化石墨烯与钛酸四丁酯的溶液混合均匀，转移至反应釜下反应，离心、洗涤和干燥后，即得。本发明提供的蜂窝状光催化剂制备工艺简单，具有良好的太阳光驱动光催化活性，可以快速高效地应用于印染废水的光催化脱色，在印染工业废水的环保和低成本处理中具有重要应用前景。

技术研发人员：张煊;王琦
受保护的技术使用者：东华大学
技术研发日：2017.06.14
技术公布日：2017.08.22