氧化石墨烯/二氧化钛光催化复合材料前驱体的制备方法与流程

本发明涉及氧化石墨烯/二氧化钛光催化复合材料前驱体的制备方法，具体属于光催化反应
技术领域：
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背景技术：
：随着现如今工业的飞速发展，环境污染日益严重，如工业废水有毒、有害、难降解等，而传统处理方式已无法满足当今社会对环境友好的需求。光催化技术作为一种新的环境污染治理技术，在去除有机污染物方面有着重大突破，寻找能有效催化降解有机污染物的环保型催化剂成为迫切的课题。Ti02为n型半导体催化剂，具有化学稳定性高、耐腐蚀、催化活性好、对人体无毒害等诸多优点，已被广泛地用作光催化剂。在紫外灯的照射下，TiO2会产生电子与空穴对，具有很强的还原性和氧化性，可将吸附在光催化剂表面的有机污染物深度氧化，最终生成C02和H20等无害物质，使得其在难降解污染物的处理方面得到广泛应用。当前，纳米TiO2在光催化反应中的应用越来越广泛，对其期待和要求也越来越高。改性后的纳米TiO2光触媒能够有效的降解大部分有机污染物，降解效率也在不断的提高中。然而，如何将这些纳米TiO2光触媒粉体有效的在生产实际中应用面临着较大的困难:粉体纳米TiO2直接应用到污染废水的处理中利用率低，还可能造成二次污染。解决该问题的最好办法是将纳米TiO2负载到纤维等载体上,在重复使用的同时，提高利用率。目前，负载纳米TiO2的主要方法包括溶胶凝胶、有机钛前驱体法等，其中有机钛前驱体法的效率最高，最容易实现工业化生产。但是，该前驱体的制备需要无水无氧环境，产物分子量较低，且负载纳米TiO2的活性不容易调控。为了解决上述问题，研究一种能够制备有效负载纳米TiO2的光催化复合材料前驱体法的方法，显得尤为必要。技术实现要素：为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种氧化石墨烯/二氧化钛光催化复合材料前驱体的制备方法，能够制备得到均匀负载二氧化钛的光催化复合材料前驱体。为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：氧化石墨烯/二氧化钛光催化复合材料前驱体的制备方法，包括以下步骤：S1、氧化石墨烯/钛酸四丁酯复合材料的制备；S2、氧化石墨烯/二氧化钛复合材料的制备。进一步地，前述氧化石墨烯/二氧化钛光催化复合材料前驱体的制备方法，包括以下步骤：S1、氧化石墨烯/钛酸四丁酯复合材料的制备：将氧化石墨烯均匀分散在钛酸四丁酯和无水乙醇的混合溶液中，紫外光照即得；S2、氧化石墨烯/二氧化钛复合材料的制备：将S1制备得到的氧化石墨烯/钛酸四丁酯复合材料通过水热法制备得到氧化石墨烯/二氧化钛复合材料。前述氧化石墨烯/二氧化钛光催化复合材料前驱体的制备方法中，步骤S1、氧化石墨烯/钛酸四丁酯复合材料的制备，包括以下步骤：S1.1、取氧化石墨烯、钛酸四丁酯和无水乙醇加入石英管中，搅拌均匀，通入氮气后密封；S1.2、在搅拌条件下放入光化学反应仪中，用紫外光照后，过滤、洗涤后即得。其中，过滤采用使用真空抽滤机及聚四氟乙烯滤膜(0.45μm，油相)进行过滤，洗涤可以洗去未与氧化石墨烯反应的钛酸四丁酯。具体地，前述氧化石墨烯/二氧化钛光催化复合材料前驱体的制备方法中，步骤S1、氧化石墨烯/钛酸四丁酯复合材料的制备，包括以下步骤：S1.1、取氧化石墨烯、钛酸四丁酯和无水乙醇加入石英管中，搅拌均匀，通入氮气2～4分钟后密封；S1.2、在搅拌条件下放入光化学反应仪中，用紫外光照1～2h后，过滤、无水乙醇洗涤后即得。前述氧化石墨烯/二氧化钛光催化复合材料前驱体的制备方法，步骤S1.1中，按照料液比，氧化石墨烯︰钛酸四丁酯︰无水乙醇＝0.003～0.005g︰30～40mL︰0.5～0.8g。前述氧化石墨烯/二氧化钛光催化复合材料前驱体的制备方法中，步骤S2、氧化石墨烯/二氧化钛复合材料的制备，包括以下步骤：取S1制备得到的氧化石墨烯/钛酸四丁酯复合材料、去离子水和无水乙醇加入反应釜内衬中，随后放入真空反应釜中，在200℃～250℃下反应4～6h，干燥后即得。具体地，前述氧化石墨烯/二氧化钛光催化复合材料前驱体的制备方法中，步骤S2、氧化石墨烯/二氧化钛复合材料的制备，包括以下步骤：取S1制备得到的氧化石墨烯/钛酸四丁酯复合材料、去离子水和无水乙醇加入反应釜内衬中，随后放入真空反应釜中，在200℃下反应4h，干燥后即得。前述氧化石墨烯/二氧化钛光催化复合材料前驱体的制备方法中，按照体积比，去离子水︰无水乙醇＝1～5︰10～50。本发明选择以钛酸四丁酯为钛源，以氧化石墨烯为碳源，复合得到氧化石墨烯/二氧化钛光催化复合材料前驱体。利用氧化石墨烯的超分子片层结构，将钛酸四丁酯键合到氧化石墨烯表面进而形成超分子结构。紫外光照射下钛酸四丁酯能够形成2D片层结构，该结构的形成有利于钛酸四丁酯在氧化石墨烯上的铺展和负载。在该超分子上的酯键能够在处理过的纤维表面进行键合、大面积包覆。同时，氧化石墨烯的引入有效的提高了光催化性能。此外，在紫外光照下，氧化石墨烯部分还原为还原氧化石墨烯。图1是氧化石墨烯/钛酸四丁酯复合材料的红外谱图。图中曲线1和2分别指将钛酸四丁酯，氧化石墨烯和乙醇按比例加入石英管中所得混合液，在氮气保护下紫外光照射后以及未进行光照后所得产物的红外谱图。由图中可以看出，曲线1中，经过紫外光照后，C＝O键、C-OH键及C-O键呈现出明显减小甚至消失的情况，氧化石墨烯与钛酸四丁酯发生反应。而在600cm-1附近出现了Ti-O-Ti键伸缩振动峰，表明在紫外光照的条件下，钛源产生光电子，将氧化石墨烯/钛酸四丁酯复合材料中氧化石墨烯部分还原为还原氧化石墨烯，同时钛酸四丁酯与氧化石墨烯之间存在Ti-C键的作用。说明经过紫外光照射后，钛酸四丁酯与氧化石墨烯复合效果显著。表1为氧化石墨烯/二氧化钛光催化复合材料前驱体的元素分析表。可以看出，在石墨烯表面已经负载了二氧化钛粒子，表明钛酸四丁酯已经成功的负载于氧化石墨烯片层上。表1元素wt％原子百分比C47.5868.69O17.1018.53Ti35.3212.78总量:100.00100.00通过EDS/SEM对本发明的氧化石墨烯/二氧化钛光催化复合材料前驱体进行测试，结果如图2所示。由图2中可以看出，二氧化钛均匀分散在氧化石墨烯中。本发明还具有良好的涂覆性，比起粉末状的光催化剂，分散均匀的氧化石墨烯/二氧化钛光催化复合材料前驱体能够直接涂覆在石英纤维表面，有效解决了粉末状材料在后续降解应用方面利用率低的问题，提高了二氧化钛光催化剂的利用率，应用范围广。本发明的有益之处在于：本发明提供的氧化石墨烯/二氧化钛光催化复合材料前驱体的制备方法，能够制备得到均匀负载二氧化钛的光催化复合材料前驱体。前驱体中TiO2和氧化石墨烯实现了有机复合，二氧化钛粒子均匀地负载在氧化石墨烯片层中，氧化石墨烯的引入起到了负载TiO2粒子和提高二氧化钛光催化活性的双重作用，有效提升TiO2光催化剂的光降解效率，在紫外光作用下二氧化钛能够将有机污染物降解为无机物。与当前技术相比，本发明方法制备的前驱体材料不仅能够克服TiO2分散不均匀的问题，还有效的增加了光催化剂的接触面积，提高催化效率，提升了光触媒的降解性能。此外，本发明的前驱体材料还具有优异的涂覆功能，比起粉末状的光催化剂，分散均匀的石墨烯/TiO2光催化复合材料前驱体能够直接涂覆在石英纤维表面，提高利用率。本发明方法制备的前驱体材料可直接应用于污染物处理及家庭清洁等领域。本发明的制备方法步骤简单，易操作，制备条件温和易控制，效率高。附图说明图1是本发明的氧化石墨烯/二氧化钛光催化复合材料前驱体的红外图；图2是氧化石墨烯/二氧化钛光催化复合材料前驱体的SEM图；图中附图标记含义：图1：1-紫外光照射，2-未光照；图2：(1)-氧化石墨烯/二氧化钛复合材料，(2)-氧化石墨烯分布图，(3)-钛元素分布图；(4)-氧元素分布图。具体实施方式以下结合具体实施例对本发明作进一步的介绍。本发明中所用试剂均为市售产品，分析纯。实施例1一种氧化石墨烯/二氧化钛光催化复合材料前驱体的制备方法，包括以下步骤：S1、氧化石墨烯/钛酸四丁酯复合材料的制备，包括以下步骤：S1.1、按照料液比，氧化石墨烯︰钛酸四丁酯︰无水乙醇＝0.003g︰30mL︰0.5g，取氧化石墨烯、钛酸四丁酯和无水乙醇加入石英管中，搅拌均匀，通入氮气2分钟后密封；S1.2、在搅拌条件下放入光化学反应仪中，用紫外光照2h后，过滤、无水乙醇洗涤后即得。S2、氧化石墨烯/二氧化钛复合材料的制备，包括以下步骤：按照体积比，去离子水︰无水乙醇＝1︰50，取S1制备得到的氧化石墨烯/钛酸四丁酯复合材料、去离子水和无水乙醇加入反应釜内衬中，随后放入真空反应釜中，在200℃下反应6h，干燥后即得。实施例2一种氧化石墨烯/二氧化钛光催化复合材料前驱体的制备方法，包括以下步骤：S1、氧化石墨烯/钛酸四丁酯复合材料的制备，包括以下步骤：S1.1、按照料液比，氧化石墨烯︰钛酸四丁酯︰无水乙醇＝0.005g︰40mL︰0.8g，取氧化石墨烯、钛酸四丁酯和无水乙醇加入石英管中，搅拌均匀，通入氮气4分钟后密封；S1.2、在搅拌条件下放入光化学反应仪中，用紫外光照1h后，过滤、无水乙醇洗涤后即得。S2、氧化石墨烯/二氧化钛复合材料的制备，包括以下步骤：按照体积比，去离子水︰无水乙醇＝5︰10，取S1制备得到的氧化石墨烯/钛酸四丁酯复合材料、去离子水和无水乙醇加入反应釜内衬中，随后放入真空反应釜中，在250℃下反应4h，干燥后即得。实施例3一种氧化石墨烯/二氧化钛光催化复合材料前驱体的制备方法，包括以下步骤：S1、氧化石墨烯/钛酸四丁酯复合材料的制备，包括以下步骤：S1.1、按照料液比，氧化石墨烯︰钛酸四丁酯︰无水乙醇＝0.004g︰35mL︰0.6g，取氧化石墨烯、钛酸四丁酯和无水乙醇加入石英管中，搅拌均匀，通入氮气3分钟后密封；S1.2、在搅拌条件下放入光化学反应仪中，用紫外光照1.5h后，过滤、无水乙醇洗涤后即得。S2、氧化石墨烯/二氧化钛复合材料的制备，包括以下步骤：按照体积比，去离子水︰无水乙醇＝1︰10，取S1制备得到的氧化石墨烯/钛酸四丁酯复合材料、去离子水和无水乙醇加入反应釜内衬中，随后放入真空反应釜中，在220℃下反应5h，干燥后即得。实施例4一种氧化石墨烯/二氧化钛光催化复合材料前驱体的制备方法，包括以下步骤：S1、氧化石墨烯/钛酸四丁酯复合材料的制备，包括以下步骤：S1.1、按照料液比，氧化石墨烯︰钛酸四丁酯︰无水乙醇＝0.0035g︰32mL︰0.7g，取氧化石墨烯、钛酸四丁酯和无水乙醇加入石英管中，搅拌均匀，通入氮气4分钟后密封；S1.2、在搅拌条件下放入光化学反应仪中，用紫外光照1.3h后，过滤、无水乙醇洗涤后即得。S2、氧化石墨烯/二氧化钛复合材料的制备，包括以下步骤：按照体积比，去离子水︰无水乙醇＝3︰40，取S1制备得到的氧化石墨烯/钛酸四丁酯复合材料、去离子水和无水乙醇加入反应釜内衬中，随后放入真空反应釜中，在210℃下反应5.5h，干燥后即得。实施例5一种氧化石墨烯/二氧化钛光催化复合材料前驱体的制备方法，包括以下步骤：S1、氧化石墨烯/钛酸四丁酯复合材料的制备，包括以下步骤：S1.1、按照料液比，氧化石墨烯︰钛酸四丁酯︰无水乙醇＝0.0045g︰38mL︰0.65g，取氧化石墨烯、钛酸四丁酯和无水乙醇加入石英管中，搅拌均匀，通入氮气3分钟后密封；S1.2、在搅拌条件下放入光化学反应仪中，用紫外光照1.9h后，过滤、无水乙醇洗涤后即得。S2、氧化石墨烯/二氧化钛复合材料的制备，包括以下步骤：按照体积比，去离子水︰无水乙醇＝2︰35，取S1制备得到的氧化石墨烯/钛酸四丁酯复合材料、去离子水和无水乙醇加入反应釜内衬中，随后放入真空反应釜中，在240℃下反应4.5h，干燥后即得。当前第1页1 2 3