一种高活性介孔光催化剂的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于催化剂制作技术领域，具体涉及一种高活性介孔光催化剂的制作方法。
【背景技术】
[0002]石墨烯拥有sp2杂化的六方共轭结构，是一种稳定的二维晶体材料，由于其在电学、光学、热学和力学等方面表现出诸多优异性能，结合其特殊的单原子层平面二维结构及其高比表面积，因而成为性能更为优异的载体材料和电子或空穴传递的多功能材料，极大地激发了相关领域科研人员的研究热情。现有技术中的这些方法存在或操作复杂，或耗时长，或重现性差，或氧化程度不均匀等不足。因此，开发一种高效率，高产率，稳定性好，操作过程易控制的制备氧化石墨新技术具有重要意义。
[0003]纳米金属催化剂，尤其是纳米Pd，因其优异的催化活性和选择性在多相催化领域中占有重要的地位。纳米Pd易团聚、难于稳定存在且难回收是目前遇到的难题，碳材料是目前应用最广泛的催化剂载体，但载体碳的腐蚀易导致电化学活性降低，碳腐蚀更加严重。五氧化二铌(Nb205)作为一种典型的η型半导体材料，具有催化活性高、化学稳定性好和无毒无害等优点，然而，Nb205的吸收波段局限于紫外光区，只能利用太阳光中3%-5%的紫外光，同时也限制了 Nb205的光催化应用范围。为克服上述问题，人们研究开发金属氧化物作为催化剂载体。因此，如何研发一种高活性介孔光催化剂的制作方法，使催化剂具有良好的化学稳定性，高光催化活性，环境友好性等，是本发明要解决的技术问题。
【发明内容】
[0004]针对现有技术中的问题，本发明的目的在于提供一种高活性介孔光催化剂的制作方法，通过微波辐射辅助石墨插层氧化，生产效率高，重现性好，又利用了 Ti02提高Pd催化活性，同时石墨烯本身良好的导电性弥补了半导体Ti02导电性差的问题，制得的催化剂中具有良好的孔道结构和较大的比表面积，提高了光催化剂对太阳能的利用率。
[0005]本发明采取的技术方案为:
一种高活性介孔光催化剂的制作方法，其特征在于，具体包括如下步骤:
(1)石墨粉预处理:将lg石墨粉加入1000ml水中，在转速为900r/min-l~1800r/min的磁力搅拌下，加入30-50ml浓度为93%的6_8g浓硫酸和4_6g高猛酸钾，混合均勻；
(2)微波辅助制氧化石墨:将上述混合液用功率密度为5kW.πι 2~ 8kW.πι2的微波辐射30min ~65min，然后按lg石墨粉使用0.6-1.8ml质量百分含量为30%的H202的用量加入到上述溶液中，用质量百分含量为20%的盐酸离心分离所得沉淀物；
(3)制活性氧化石墨烯溶胶:将上述所得氧化石墨溶入去离子水中，配成0.5mg/mL的溶液，加入0.8-1.2mL的0.03mol/L PdC12水溶液，控制超声功率为300W~500W，超声剥离2-3h，离心除去不溶性杂质；
(4)制介孔光催化剂:将lgF127模板剂加至20g无水乙醇中，搅拌至澄清，同时缓慢加入3.5mol/L NbC15溶液，搅拌25min，再以质量比为1:0.2-0.4的比率加入上述制备的氧化石墨烯溶胶，再加入Pd占催化剂总质量的7-9%的钛化合物，超声25-35min，将反应溶液转移到聚四氟乙烯内衬的反应釜中，60°C烘箱陈化3天，将样品放在480°C氩气环境下无氧煅烧4h以除去F127模板剂。
[0006]进一步的，所述步骤(1)中石墨粉可为粒径小于30 μ m的鳞片石墨粉、天然石墨粉或可膨胀石墨粉中的任意一种。
[0007]进一步的，所述步骤(2)中离心分离的转数控制在8000?9000转/分钟.进一步的，所述步骤(4)中钛化合物为二氯化钛、四氯化钛或二氧化钛中的一种或多种。
[0008]进一步的，所述步骤(4)中超声条件是:超声频率220-240W，温度45_55°C。
[0009]本发明的有益效果为:
本发明通过微波辐射辅助石墨插层氧化，大大缩短了氧化石墨的生产时间，且物料反应充分，生产效率高，重现性好，可实现规模化生产；制氧化石墨烯溶胶中，加入了 Pd离子，又利用了 Ti02提高Pd催化活性，提高了催化剂的耐腐蚀能力，同时石墨烯本身良好的导电性弥补了半导体Ti02导电性差的问题，五氧化二铌/石墨烯复合光催化剂中具有良好的孔道结构和较大的比表面积，显著提高了五氧化二铌的光催化性能，提高了光催化剂对太阳能的利用率。
【具体实施方式】
[0010]实施例1
一种高活性介孔光催化剂的制作方法，其特征在于，具体包括如下步骤:
(1)石墨粉预处理:将lg粒径小于30μ m的鳞片石墨粉、天然石墨粉或可膨胀石墨粉加入1000ml水中，在转速为900r/min的磁力搅拌下,加入30ml浓度为93%的6g浓硫酸和4g高锰酸钾，混合均匀；
(2)微波辅助制氧化石墨:将上述混合液用功率密度为5kW.m2的微波辐射65min，然后按lg石墨粉使用0.6ml质量百分含量为30%的H202的用量加入到上述溶液中，用质量百分含量为20%的盐酸，保持8000转/分钟离心分离所得沉淀物；
(3)制活性氧化石墨烯溶胶:将上述所得氧化石墨溶入去离子水中，配成0.5mg/mL的溶液，加入0.8mL的0.03mol/L PdC12水溶液，控制超声功率为300W，超声剥离2h，离心除去不溶性杂质，得到氧化石墨烯收率为95.5% ;
(4)制介孔光催化剂:将lgF127模板剂加至20g无水乙醇中，搅拌至澄清，同时缓慢加入3.5mol/L NbC15溶液，搅拌25min，再以质量比为1:0.2的比率加入上述制备的氧化石墨烯溶胶，再加入Pd占催化剂总质量的7%的二氯化钛、四氯化钛或二氧化钛，超声频率220W，温度45°C，超声25min，将反应溶液转移到聚四氟乙烯内衬的反应釜中，60°C烘箱陈化3天，将样品放在480°C氩气环境下无氧煅烧4h以除去F127模板剂。
[0011]实施例2
一种高活性介孔光催化剂的制作方法，其特征在于，具体包括如下步骤:
(1)石墨粉预处理:将lg粒径小于30 μ m的鳞片石墨粉、天然石墨粉或可膨胀石墨粉加入1000ml水中，在转速为1200r/min的磁力搅拌下，加入40ml浓度为93%的7g浓硫酸和5g高锰酸钾，混合均匀；
(2)微波辅助制氧化石墨:将上述混合液用功率密度为68kW.πι2的微波辐射45min，然后按lg石墨粉使用1.2ml质量百分含量为30%的H202的用量加入到上述溶液中，用质量百分含量为20%的盐酸，保持9000转/分钟离心分离所得沉淀物；
(3)制活性氧化石墨烯溶胶:将上述所得氧化石墨溶入去离子水中，配成0.5mg/mL的溶液，加入lmL的0.03mol/L PdC12水溶液，控制超声功率为400W，超声剥离2.5h，离心除去不溶性杂质，得到氧化石墨烯收率为95.8% ;
(4)制介孔光催化剂:将lgF127模板剂加至20g无水乙醇中，搅拌至澄清，同时缓慢加入3.5mol/L NbC15溶液，搅拌25min，再以质量比为1:0.3的比率加入上述制备的氧化石墨烯溶胶，再加入Pd占催化剂总质量的8%的二氯化钛、四氯化钛或二氧化钛，超声频率230W，温度50°C，超声30min，将反应溶液转移到聚四氟乙烯内衬的反应釜中，60°C烘箱陈化3天，将样品放在480°C氩气环境下无氧煅烧4h以除去F127模板剂。
[0012]实施例3
一种高活性介孔光催化剂的制作方法，其特征在于，具体包括如下步骤:
(1)石墨粉预处理:将lg粒径小于30μ m的鳞片石墨粉、天然石墨粉或可膨胀石墨粉加入1000ml水中，在转速为1800r/min的磁力搅拌下，加入50ml浓度为93%的8g浓硫酸和6g高锰酸钾，混合均匀；
(2)微波辅助制氧化石墨:将上述混合液用功率密度为8kW.m 2的微波辐射30min，然后按lg石墨粉使用1.8ml质量百分含量为30%的H202的用量加入到上述溶液中，用质量百分含量为20%的盐酸，保持9000转/分钟离心分离所得沉淀物；
(3)制活性氧化石墨烯溶胶:将上述所得氧化石墨溶入去离子水中，配成0.5mg/mL的溶液，加入1.2mL的0.03mol/L PdC12水溶液，控制超声功率为500W，超声剥离2h，离心除去不溶性杂质，得到氧化石墨烯收率为95.7% ;
(4)制介孔光催化剂:将lgF127模板剂加至20g无水乙醇中，搅拌至澄清，同时缓慢加入3.5mol/L NbC15溶液，搅拌25min，再以质量比为1: 0.4的比率加入上述制备的氧化石墨烯溶胶，再加入Pd占催化剂总质量的9%的二氯化钛、四氯化钛或二氧化钛，超声频率240W，温度55°C，超声25min，将反应溶液转移到聚四氟乙烯内衬的反应釜中，60 V烘箱陈化3天，将样品放在480°C氩气环境下无氧煅烧4h以除去F127模板剂。
【主权项】
1.一种高活性介孔光催化剂的制作方法，其特征在于，具体包括如下步骤: (1)石墨粉预处理:将lg石墨粉加入1000ml水中，在转速为900r/min-l~1800r/min的磁力搅拌下，加入30-50ml浓度为93%的6_8g浓硫酸和4_6g高猛酸钾，混合均勻； (2)微波辅助制氧化石墨:将上述混合液用功率密度为5kW.πι 2~ 8kW.πι2的微波辐射30min ~65min，然后按lg石墨粉使用0.6-1.8ml质量百分含量为30%的H202的用量加入到上述溶液中，用质量百分含量为20%的盐酸离心分离所得沉淀物； (3)制活性氧化石墨烯溶胶:将上述所得氧化石墨溶入去离子水中，配成0.5mg/mL的溶液，加入0.8-1.2mL的0.03mol/L PdC12水溶液，控制超声功率为300W~500W，超声剥离2-3h，离心除去不溶性杂质； (4)制介孔光催化剂:将lgF127模板剂加至20g无水乙醇中，搅拌至澄清，同时缓慢加入3.5mol/L NbC15溶液，搅拌25min，再以质量比为1:0.2-0.4的比率加入上述制备的氧化石墨烯溶胶，再加入Pd占催化剂总质量的7-9%的钛化合物，超声25-35min，将反应溶液转移到聚四氟乙烯内衬的反应釜中，60°C烘箱陈化3天，将样品放在480°C氩气环境下无氧煅烧4h以除去F127模板剂。2.根据权利要求1所述一种高活性介孔光催化剂的制作方法，其特征在于，所述步骤(1)中石墨粉可为粒径小于30μ m的鳞片石墨粉、天然石墨粉或可膨胀石墨粉中的任意一种。3.根据权利要求1所述一种高活性介孔光催化剂的制作方法，其特征在于，所述步骤(2)中离心分离的转数控制在8000?9000转/分钟。4.根据权利要求1所述一种高活性介孔光催化剂的制作方法，其特征在于，所述步骤(4 )中钛化合物为二氯化钛、四氯化钛或二氧化钛中的一种或多种。5.根据权利要求1所述一种高活性介孔光催化剂的制作方法，其特征在于，所述步骤(4)中超声条件是:超声频率220-240W，温度45-55°C。
【专利摘要】本发明公开了一种高活性介孔光催化剂的制作方法，其特征在于，具体包括如下步骤：（1）石墨粉预处理：向石墨粉溶液中加入浓硫酸和高锰酸钾；（2）微波辅助制氧化石墨：将上述混合液进行微波辐射，然后将H2O2的用量加入到上述溶液中，离心分离；（3）制活性氧化石墨烯溶胶：向氧化石墨溶液中加入PdCl2水溶液，超声剥离；（4）制介孔光催化剂：将F127模板剂加至无水乙醇中，同时缓慢加入NbCl5溶液、氧化石墨烯溶胶和钛化合物，超声后，陈化，除去F127模板剂。本发明通过微波辐射辅助石墨插层氧化，生产效率高，重现性好，又利用了TiO2提高Pd催化活性，同时提高了导电性，制得的催化剂中具有良好的孔道结构，提高了光催化剂对太阳能的利用率。
【IPC分类】B01J23/648
【公开号】CN105457633
【申请号】CN201410518772
【发明人】刘泽华
【申请人】青岛鑫润土苗木专业合作社
【公开日】2016年4月6日
【申请日】2014年10月5日