负载氮掺杂石墨烯海绵的制备方法及其应用
【技术领域】
[0001]本发明属于功能材料技术领域，具体涉及一种具有吸附和降解双功能的T12负载氮掺杂石墨烯海绵的制备方法及其应用。
【背景技术】
[0002]由于科技的发展，目前城市居民无论是生活还是工作，绝大部分时间都是在室内度过，室内的空气条件将对人体产生直接影响。目前家庭装修和家居所使用的涂料、油漆、泡沫填料等材料中含有甲醛、苯、氨气等有机污染气体，这些气体从涂料和家居中逐渐散发出来，对人的身体造成了极大的伤害。室内空气污染物的常用处理方法主要是通过物理吸附法除去，常用的吸附剂有蜂窝状及球状活性炭、活性炭纤维以及分子筛等，该方法简单易行，但吸附选择性差，可再生困难。另一种有效去除室内空气污染物的方法是利用半导体光催化材料将有毒有害分解为无害无味物质，而最有商业化前景的光催化催化剂是纳米T12,目前兼具吸附及光催化降解功能一体的功能材料还较为少见。石墨烯海绵是一种新型的三维多孔碳材料，其具有较大的比表面积，目前石墨烯海绵主要用于油污及有机溶剂的吸附，对空气中气体污染物的吸附还没有研宄报道。
【发明内容】
[0003]针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种具有吸附和降解双功能，且吸附能力强、降解速度快的Ti02负载氮掺杂石墨烯海绵的制备方法及其应用。
[0004]所述的一种1102负载氮掺杂石墨烯海绵的制备方法，其特征在于制备方法如下:在含氧化石墨烯的乙醇分散液加入含钛前驱体，再缓慢滴加去离子水，搅拌均匀形成混合液，在180?240°C进行水热反应12?48小时，取出在-80?_75°C条件下冷冻干燥成型，再转入真空管式炉中通高纯含氮气体，并升温至400?800°C中焙烧3?12小时，得到含5?10%Ti02的三维多孔的氮掺杂石墨烯海绵。
[0005]所述的一种1102负载氮掺杂石墨烯海绵的制备方法，其特征在于含氧化石墨烯的乙醇分散液中氧化石墨烯的浓度为l-2mg/ml。
[0006]所述的一种1102负载氮掺杂石墨烯海绵的制备方法，其特征在于去离子水的滴加时间为30-60min，水热反应时间为20-24小时。
[0007]所述的一种T12负载氮掺杂石墨烯海绵的制备方法，其特征在于通高纯含氮气体的流量为10ml/分钟，升温速度为5°C /分钟。
[0008]所述的一种T12负载氮掺杂石墨烯海绵的制备方法，其特征在于所述的400?800°C中通高纯含氮气体3?12小时，焙烧温度为600?750°C，焙烧时间为3?4小时。
[0009]所述的一种1102负载氮掺杂石墨烯海绵的制备方法，其特征在于所述的含钛前驱体为钛酸四丁酯或四氯化钛。
[0010]所述的一种T12负载氮掺杂石墨烯海绵的制备方法，其特征在于所述的制备方法具体如下: 1)量取含1-2mg/ml的氧化石墨烯的乙醇分散液，加入含钛前驱体，再缓慢滴加去离子水，形成混合液，搅拌均匀，所述的氧化石墨烯的乙醇分散液、钛酸四丁酯及去离子水投料体积比为45-55:5:2
2)将步骤I)得到的混合液倒入水热反应釜中，在180?240°C进行水热反应12?48小时，然后自然冷却，得到T12负载的石墨烯凝胶；
3)将步骤2)得到的石墨烯凝胶在-80?_75°C低温冷冻干燥24小时，得到三维多孔的打02负载石墨烯海绵；
4)将步骤3)得到三维多孔的T12负载石墨稀海绵放在真空管式炉中，按100ml/min的流量通入高纯含氮气体，按5°C /分钟升温至400?800°C中焙烧3?12小时，即得到含
4?5 % T12负载的氮掺杂石墨烯海绵。
[0011]所述的T12负载氮掺杂石墨烯海绵在吸附空气中甲醛或苯类化合物中的应用。
[0012]所述的1102负载氮掺杂石墨烯海绵的应用，其特征在于吸附甲醛或苯类化合物后，再通过光催化作用将甲醛或苯类化合物降解为二氧化碳、水。
[0013]所述的1102负载氮掺杂石墨烯海绵的应用，其特征在于所述的苯类化合物包括苯、甲苯和苯酸。
[0014]通过采用上述技术，与现有技术相比，本发明的有益效果如下:
1)本发明的打02负载氮掺杂石墨烯海绵的制备是通过原位制备形成复合物，其操作简单、对设备要求低，可广泛应用于工业生产中；
2)本发明的T12负载氮掺杂石墨烯海绵具有双功能效果，既可强力吸附甲醛或苯类化合物气体，同时可通过光催化作用快速降解使其降解为二氧化碳等无毒无害气体，实现高效、迅速净化空气的目的，具有性能上的独特优势；
3)本发明的T12负载氮掺杂石墨烯海绵使用一定时间后，能通过洗涤、焙烧等简单方法活化再生，再重复利用，因此降低了使用成本，提高了经济效益；
4)本发明的T12负载氮掺杂石墨烯海绵制备方法简单，它具有双重功能，既可吸附大量甲醛或苯类化合物气体，并可在紫外灯照射下通过光催化降解甲醛或苯类化合物气体，实现高效、迅速净化空气的目的，适于推广应用。
【具体实施方式】
[0015]以下结合实施例对本发明作进一步的描述，但本发明的保护范围并不仅限于此: 一种T12负载氮掺杂石墨烯海绵的制备方法，具体如下:在含l-2mg/ml氧化石墨烯的乙醇分散液加入含钛前驱体，再缓慢在30-
60min内滴加去离子水，搅拌均匀形成混合液，在180?240°C进行水热反应12?48小时，优选反应时间为20-24小时，反应结束后取出在-80?_75°C条件下冷冻干燥成型，再转入真空管式炉中以10ml/分钟的流量通高纯含氮气体，并以5°C /分钟的梯度升温至400?800°C中焙烧3?12小时，优选焙烧温度为600?750°C，优选焙烧时间为3?4小时，得到含5?10%Ti02的三维多孔的氮掺杂石墨烯海绵。
[0016]本发明中，所述的含钛前驱体为钛酸四丁酯或四氯化钛，高纯含氮气体为氮气或氨气，其纯度为99.9%以上，氧化石墨烯的乙醇分散液、钛酸四丁酯及去离子水投料体积比为 45-55:5:2 本发明得到的打02负载氮掺杂石墨烯海绵，具有双功能作用，它不但能吸附空气中甲醛或苯、甲苯和苯酚等苯类化合物，还能通过光催化作用将吸附到的甲醛或苯类化合物降解为二氧化碳、水，而且打02负载氮掺杂石墨烯海绵可以通过焙烧、再生继续利用。
[0017]实施例1:5%Ti02负载氮掺杂石墨烯海绵的制备方法如下:
1)量取50ml含2 mg/ml的氧化石墨烯的乙醇分散液，并加入5ml钛酸四丁酯，再在30min内滴加2ml去离子水，形成混合液，搅拌均匀；
2)将混合液倒入10ml水热反应釜中，180°C恒温反应24小时，然后自然冷却，拧开水热反应釜即可得到T12负载的石墨烯凝胶；
3)将得到的石墨烯凝胶在_78°C低温冷冻干燥24小时，即可得到三维多孔的1102负载石墨烯海绵；
4)将得到三维多孔的T12负载石墨烯海绵放在真空管式炉中，按lOOml/min的流量通入高纯氨气(99.999%)，按5°C /分钟升温至600°C焙烧3小时，即可得到含5%Ti02负载的氮掺杂石墨烯海绵。
[0018]应用:将得到含5%1102负载的氮掺杂石墨烯海绵放入10ml光催化反应器中，投Λ 0.3mg/M3的甲醛，密封后过半小时取反应器中气体用GC分析甲醛含量，此时得出甲醛含量为0.2 mg/M3,说明本发明的氮掺杂石墨烯海绵对甲醛气体具有一定的吸附作用，而后再用30W的紫外灯进行光照实验，2小时即将反应器内的甲醛降解完全。
[0019]该实施例中，含钛前驱体用四氯化钛代替钛酸四丁酯，高纯含氮气体用氮气代替氨气，均能取得同样的技术效果。
[0020]实施例2