一种硅藻土/（GR+TiO2）复合光催化剂的制备方法与流程

本发明属于无机非金属材料和复合光催化剂制备技术领域，具体涉及一种硅藻土/(gr+tio2)复合光催化剂的制备方法。

背景技术：

光催化剂是光催化法处理污水和废气中污染物的物质载体，其性能决定着光催化处理污水和废气的效率和成本。与传统的化学氧化法、生物处理法和高温焚烧法相比，半导体光催化技术利用太阳能，在常温常压下就能彻底降解空气和水中的污染物，且不存在二次污染，被认为是一种理想的环境治理技术。在半导体光催化剂中，二氧化钛以其廉价、无毒、导带价带电位合适、光腐蚀性小、无二次污染等优点，成为多相光催化领域的研究热点。

二氧化钛光催化技术在近年得到了较快的发展，但其在工业应用方面仍存在瓶颈问题：(1)为增大单位催化剂的界面反应面积，研究者将二氧化钛制备成超细颗粒，甚至纳米级颗粒，由于二氧化钛的超亲水性，尤其是紫外光照射后的超亲水性、超细性和高分散性，光催化处理污水后催化剂的回收十分困难；(2)光催化处理污水的部分工艺是在紫外光照条件下进行的，而光降解速率较低，造成光催化处理污水的成本远高于其他方法。因此，解决纳米tio2与水分离困难和光催化处理污水和废气的速率低的问题，对于实现光催化方法的工业化应用具有十分重要的意义。

在二氧化钛中掺杂一定量的石墨烯可以提高其对可见光的吸收，提高其光催化活性。如专利cn102553560a将钛酸四丁酯与氧化石墨烯分散液混合，通过溶胶凝胶法获得二氧化钛/石墨烯复合光催化剂，提高了光催化效率。专利cn104785235a将改性氧化石墨烯悬浮液与硫酸氧钛混合，经水热反应获得改性氧化石墨烯负载二氧化钛复合光催化剂。通过石墨烯的掺杂，光催化剂效率得到了提高，但是，纳米tio2回收困难的问题依然没有得到解决。

硅藻土是一种由硅藻遗骸沉积而成的、以无定型二氧化硅为主要成分的多孔矿物，具有强吸附性、耐酸性、耐700℃高温等优点，在吸附剂、助滤剂、污水处理、催化剂载体等方面有着广泛的应用。硅藻土储量丰富，价格低廉，以其作为光催化材料载体，不仅可以降低制备和使用成本，还可以解决在废水处理实际应用时回收困难的问题。

技术实现要素：

为了解决纳米级二氧化钛回收困难，可见光条件下光催化降解速率低等问题，本发明提供一种硅藻土/(gr+tio2)复合光催化剂的制备方法。所述方法以经过精细提纯和孔结构改造的硅藻土为载体，钛酸四丁酯为钛源，通过掺杂石墨烯，制备成硅藻土/(gr+tio2)复合光催化剂。与现有方法相比，通过本发明所述方法制备的硅藻土/(gr+tio2)复合光催化剂，可有效地提高颗粒与有机物的亲和力、吸附效率和可见光条件下光催化降解速率，且能有效解决催化剂与水分离困难的问题；所述方法生产过程中不产生污染，适合工业化生产。

为实现上述目标，本发明采用以下技术方案：

一种硅藻土/(gr+tio2)复合光催化剂的制备方法，所述方法以经过精细提纯和孔结构改造的硅藻土为载体，钛酸四丁酯为钛源，通过掺杂石墨烯，制备成硅藻土/(gr+tio2)复合光催化剂。

所述方法对原料有以下要求：

1)硅藻土：精细提纯硅藻土，细度80～1250目，二氧化硅含量80％～92％；

2)钛酸四丁酯：工业纯；

3)石墨烯：氧化石墨烯；

4)无水乙醇：工业纯；

5)醋酸：工业级。

所述方法包括以下步骤：

1)将钛酸四丁酯与无水乙醇溶剂充分混合，快速搅拌下，滴加醋酸，再缓慢滴加蒸馏水，形成tio2前驱体凝胶，备用；

2)将经过精细提纯的硅藻土与经步骤1)得到的tio2前驱体凝胶及氧化石墨烯混合，加入适量水快速搅拌，体系转移到反应釜中，于20～200℃下反应1～30h；

3)将步骤2)制得的混合液干燥后，置于气氛炉中，在氮气气氛下高温热处理，煅烧温度300～800℃，保温时间1～100h，获得硅藻土/(gr+tio2)复合光催化材料。

优选的，所属步骤1)中，各种原料的体积配比为钛酸四丁酯：无水乙醇：蒸馏水：醋酸＝5～15：65～75:6～10:1～5。

优选的，所述步骤2)中，各种原料的质量配比为硅藻土：二氧化钛：石墨烯＝85～95:5～25：1.5～2.5。

本发明的优点和有益效果为：

1)以硅藻土作为二氧化钛的载体，可以对污染物进行吸附，同时解决了催化剂与水分离困难的问题；

2)在复合光催化剂中掺杂一定量的石墨烯，可以有效地提高颗粒与有机物的亲和力，提高吸附效率，有效提高可见光条件下光催化降解速率；

3)本发明生产过程中不产生污染，适合工业化生产。

附图说明

下面结合附图和实施例1对本发明作进一步说明。

图1为所述本发明实施例1制备的硅藻土/(gr+tio2)复合光催化剂的扫描电子显微镜(sem)分析照片。

图2为所述本发明实施例1制备的硅藻土/(gr+tio2)复合光催化剂的能谱分析(eds)照片。

具体实施方式

实施例1

按以下要求选用原材料：

1)硅藻土：精细提纯硅藻土，细度80目，二氧化硅含量80％；

2)钛酸四丁酯：工业纯；

3)石墨烯：氧化石墨烯；

4)无水乙醇：工业纯；

5)醋酸：工业级。

所述方法包括以下步骤：

1)量取钛酸四丁酯15ml、无水乙醇75ml、蒸馏水7.5ml及醋酸1.5ml，先将钛酸四丁酯与无水乙醇搅拌混合，然后滴加醋酸，再缓慢滴加蒸馏水，形成tio2前驱体凝胶，放置备用；

2)称取提纯后的硅藻土粉体30g，石墨烯0.8g，称取tio2前驱体凝胶，换算成二氧化钛8g，将三者加入适量水搅拌混合后，放入高压反应釜内，磁力搅拌下，在150℃反应12h；

3)将混合溶液在60℃干燥后置于氮气气氛炉中，在650℃保温2h，获得硅藻土/(gr+tio2)复合光催化材料。

参见附图1和附图2，图1是硅藻土/(gr+tio2)复合光催化材料扫描电镜图，图2为图1中标记十字微区的元素成分。可知通过所述实施例得到了硅藻土/(gr+tio2)复合光催化剂，二氧化钛分布在硅藻土表面及孔道，且包覆于石墨烯表面。

实施例2

按以下要求选用原材料：

1)硅藻土：精细提纯硅藻土，细度800目，二氧化硅含量86％；

2)钛酸四丁酯：工业纯；

3)石墨烯：氧化石墨烯；

4)无水乙醇：工业纯；

5)醋酸：工业级。

所述方法包括以下步骤：

1)量取钛酸四丁酯5ml、无水乙醇65ml、蒸馏水6ml及醋酸1ml，先将钛酸四丁酯与无水乙醇搅拌混合，然后滴加醋酸，再缓慢滴加蒸馏水，形成tio2前驱体凝胶，放置备用；

2)称取提纯后的硅藻土粉体85g，石墨烯1.5g，称取tio2前驱体凝胶，换算成二氧化钛5g，将三者加入适量水搅拌混合后，放入高压反应釜内，磁力搅拌下，在20℃反应1h；

3)将混合溶液在80℃干燥后置于氮气气氛炉中，在300℃保温1h，获得硅藻土/(gr+tio2)复合光催化材料。

实施例3

按以下要求选用原材料：

1)硅藻土：精细提纯硅藻土，细度1250目，二氧化硅含量92％；

2)钛酸四丁酯：工业纯；

3)石墨烯：氧化石墨烯；

4)无水乙醇：工业纯；

5)醋酸：工业级。

所述方法包括以下步骤：

1)量取钛酸四丁酯10ml、无水乙醇70ml、蒸馏水10ml及醋酸5ml，先将钛酸四丁酯与无水乙醇搅拌混合，然后滴加醋酸，再缓慢滴加蒸馏水，形成tio2前驱体凝胶，放置备用；

2)称取提纯后的硅藻土粉体95g，石墨烯2.5g，称取tio2前驱体凝胶，换算成二氧化钛2.5g，将三者加入适量水搅拌混合后，放入高压反应釜内，磁力搅拌下，在200℃反应30h；

3)将混合溶液在70℃干燥后置于氮气气氛炉中，在800℃保温100h，获得硅藻土/(gr+tio2)复合光催化材料。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。