一种La掺杂的微球状BiOBr-石墨烯的复合材料的制法和应用的制作方法

一种la掺杂的微球状biobr
‑
石墨烯的复合材料的制法和应用
技术领域
1.本发明涉及水污染治理技术领域，具体为一种la掺杂的微球状biobr
‑
石墨烯的复合材料的制法和应用。


背景技术：

2.随着工业的不断发展，环境污染问题日益突出，因此开发出高效环保的治理环境污染的方法受到越来越广泛的关注，环境污染处理中对甲基紫等有机染料污染物的处理方法通常包括物理方法和化学方法，传统的物理吸附法、生物法等方法相比较，水污染治理领域的光催化化学降解技术，比传统技术具有高效性、无污染、经济性等优点，能降解较高浓度的废水。
3.单组分的光催化剂通常存在着一些不足，对可见光利用率低、形貌可控性差、光生电子对容易复合等，对甲基紫等有机染料的降解效果较差，而二种或两种以上的材料复合成的二元或多元光催化剂在一定程度上就能解决这些问题，biobr作为近年来研究较多的一种光催化剂，可以通过控制biobr的形貌，来提高光催化降解性能，杂原子掺杂在一定程度上可以大大促进biobr的氧化能力，抑制其还原，而羧基化氧化石墨烯的比表面积大，同时带有各种含氧官能团，性质活泼，起到表面活性剂的作用，使催化材料更易复合，能够在水溶液中起到很好的分散效果，这种复合材料能够在可见光下进行光降解，催化活性高，不易失效，同时有大的比表面积和吸附性能，且载流子的分离效率高，是一种值得开发和研究的适用于水污染处理的催化剂。
4.(一)解决的技术问题
5.针对现有技术的不足，本发明提供了一种la掺杂的微球状biobr
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石墨烯的复合材料的制法和应用，单一的biobr对甲基紫等有机染料光催化降解活性较差的问题。
6.(二)技术方案
7.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种la掺杂的微球状biobr
‑
石墨烯的复合材料，所述la掺杂的微球状biobr
‑
石墨烯的复合材料的制法包括以下步骤：
8.(1)向反应烧杯中加入乙二醇、硝酸铋、溴化钠、硝酸镧，搅拌至溶解均匀，转移至干燥箱装置中进行水热反应，得到la掺杂的微球状biobr；
9.(2)向反应烧杯中加入氧化石墨烯、氯乙酸和氢氧化钠进行羧基化改性，得到羧基化石墨烯；
10.(3)向反应烧杯中加入乙二醇溶剂、la掺杂的微球状biobr和羧基化石墨烯，超声分散后，将溶液转移到干燥箱装置，在140℃下水热反应2h，得到la掺杂的微球状biobr
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石墨烯的复合材料。
11.优选的，所述步骤(1)中的硝酸铋、溴化钠、硝酸镧的质量比为100:24
‑
28:0.55
‑
0.75。
12.优选的，所述步骤(1)中的热溶剂反应的反应温度为120
‑
160℃，反应时间12
‑
24h。
13.优选的，所述干燥箱装置上方固定连接有减压阀和排气口，内部设置有观察口和
把手，下方固定连接有送风设备，送风设备上设置有显示屏和显示灯，送风装置下方设置有万向轮，干燥箱装置背面设置有干燥箱装置的控制开关。
14.优选的，所述步骤(3)中的la掺杂的微球状biobr和羧基化石墨烯的质量比为100:0.3
‑
2。
15.优选的，所述la掺杂的微球状biobr
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石墨烯的复合材料的应用为光催化降解和污水治理领域。
16.(三)有益的技术效果
17.与现有技术相比，本发明具备以下化学机理和有益技术效果：
18.该一种la掺杂的微球状biobr
‑
石墨烯的复合材料，铋系材料作为一种常见的光催化材料，由于其本身具有无毒、地球储藏量丰富等特点，biobr晶体的bi的6s和o2p杂化轨道使得价带变得分立，增大了价带空间，减少了光生电子空穴对的复合，增强了电子/空穴对的分离，br能带能级的色散性，缩短了禁带宽度，降低了载流子的复合，微球状的形貌增大了比表面积，稀土元素la具有独特的4f亚层电子结构，与bi的离子半径相近，具有优良的改性性能，掺杂使导带电位负移，促进光催化效率，氧化石墨烯通过化学修饰改性后，一部分羟基、环氧基团变成羧基基团，羧基化氧化石墨烯的比表面积大，带有的各种含氧官能团，能够使biobr附着在氧化石墨烯表面，解决了光催化材料biobr在反应中的离子团聚问题，能够在水溶液中起到很好的分散效果，同时氧化石墨烯是良好的电子受体，使吸收和转移电子的速度更快，增加对可见光的吸收，丰富的羧基阴离子对甲基紫等阳离子有机染料具有很强静电吸附作用，将甲基紫进行有效吸附。
19.该一种la掺杂的微球状biobr
‑
石墨烯的复合材料，在可见光照射下，当能量超过la掺杂的biobr/go复合光催化剂带隙的光时，可触发价带的电子，过渡到导带中，在导带中产生电子，在价带中产生空穴，具有强的捕获电子的能力，o2在电子作用下生成超氧自由基(
·
o2‑
)，具有强氧化能力，使甲基紫被石墨烯表面负载的la掺杂的微球状biobr更高效的光催化降解。
附图说明
20.图1是干燥箱装置结构示意图；
21.图2是干燥箱装置后视示意图。
[0022]1‑
干燥箱装置；2
‑
减压阀；3
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排气口；4
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观察口；5
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把手；6
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送风设备；7
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显示屏；8
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显示灯；9
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万向轮；10
‑
控制开关。
具体实施方式
[0023]
为实现上述目的，本发明提供如下具体实施方式和实施例：一种la掺杂的微球状biobr
‑
石墨烯的复合材料，制法包括以下步骤：
[0024]
(1)向反应烧杯中加入乙二醇，加入质量比为100:24
‑
28:0.55
‑
0.75的硝酸铋、溴化钠、硝酸镧，搅拌至溶解均匀，转移至干燥箱装置中，干燥箱装置上方固定连接有减压阀和排气口，内部设置有观察口和把手，下方固定连接有送风设备，送风设备上设置有显示屏和显示灯，送风装置下方设置有万向轮，干燥箱装置背面设置有干燥箱装置的控制开关中，反应温度120
‑
160℃，反应时间12
‑
24h，得到la掺杂的微球状biobr；
[0025]
(2)向反应烧杯中加入氧化石墨烯、氯乙酸和氢氧化钠进行羧基化改性，得到羧基化石墨烯；
[0026]
(3)向反应烧杯中加入乙二醇溶剂，加入质量比为100:0.3
‑
2的la掺杂的微球状biobr和羧基化石墨烯，超声分散后，将溶液转移到干燥箱装置，在140℃下水热反应2h，得到la掺杂的微球状biobr
‑
石墨烯的复合材料应用于光催化降解和污水治理领域。
[0027]
实施例1
[0028]
(1)向反应烧杯中加入乙二醇，加入质量比为100:24:0.55的硝酸铋、溴化钠、硝酸镧，搅拌至溶解均匀，转移至干燥箱装置中，干燥箱装置上方固定连接有减压阀和排气口，内部设置有观察口和把手，下方固定连接有送风设备，送风设备上设置有显示屏和显示灯，送风装置下方设置有万向轮，干燥箱装置背面设置有干燥箱装置的控制开关中，反应温度120℃，反应时间12h，得到la掺杂的微球状biobr；
[0029]
(2)向反应烧杯中加入氧化石墨烯、氯乙酸和氢氧化钠进行羧基化改性，得到羧基化石墨烯；
[0030]
(3)向反应烧杯中加入乙二醇溶剂，加入质量比为100:0.3的la掺杂的微球状biobr和羧基化石墨烯，超声分散后，将溶液转移到干燥箱装置，在140℃下水热反应2h，得到la掺杂的微球状biobr
‑
石墨烯的复合材料应用于光催化降解和污水治理领域。
[0031]
实施例2
[0032]
(1)向反应烧杯中加入乙二醇，加入质量比为100:25.5:0.6的硝酸铋、溴化钠、硝酸镧，搅拌至溶解均匀，转移至干燥箱装置中，干燥箱装置上方固定连接有减压阀和排气口，内部设置有观察口和把手，下方固定连接有送风设备，送风设备上设置有显示屏和显示灯，送风装置下方设置有万向轮，干燥箱装置背面设置有干燥箱装置的控制开关中，反应温度135℃，反应时间16h，得到la掺杂的微球状biobr；
[0033]
(2)向反应烧杯中加入氧化石墨烯、氯乙酸和氢氧化钠进行羧基化改性，得到羧基化石墨烯；
[0034]
(3)向反应烧杯中加入乙二醇溶剂，加入质量比为100:0.9的la掺杂的微球状biobr和羧基化石墨烯，超声分散后，将溶液转移到干燥箱装置，在140℃下水热反应2h，得到la掺杂的微球状biobr
‑
石墨烯的复合材料应用于光催化降解和污水治理领域。
[0035]
实施例3
[0036]
(1)向反应烧杯中加入乙二醇，加入质量比为100:27:0.7的硝酸铋、溴化钠、硝酸镧，搅拌至溶解均匀，转移至干燥箱装置中，干燥箱装置上方固定连接有减压阀和排气口，内部设置有观察口和把手，下方固定连接有送风设备，送风设备上设置有显示屏和显示灯，送风装置下方设置有万向轮，干燥箱装置背面设置有干燥箱装置的控制开关中，反应温度150℃，反应时间20h，得到la掺杂的微球状biobr；
[0037]
(2)向反应烧杯中加入氧化石墨烯、氯乙酸和氢氧化钠进行羧基化改性，得到羧基化石墨烯；
[0038]
(3)向反应烧杯中加入乙二醇溶剂，加入质量比为100:1.5的la掺杂的微球状biobr和羧基化石墨烯，超声分散后，将溶液转移到干燥箱装置，在140℃下水热反应2h，得到la掺杂的微球状biobr
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石墨烯的复合材料应用于光催化降解和污水治理领域。
[0039]
实施例4
[0040]
(1)向反应烧杯中加入乙二醇，加入质量比为100:28:0.75的硝酸铋、溴化钠、硝酸镧，搅拌至溶解均匀，转移至干燥箱装置中，干燥箱装置上方固定连接有减压阀和排气口，内部设置有观察口和把手，下方固定连接有送风设备，送风设备上设置有显示屏和显示灯，送风装置下方设置有万向轮，干燥箱装置背面设置有干燥箱装置的控制开关中，反应温度160℃，反应时间24h，得到la掺杂的微球状biobr；
[0041]
(2)向反应烧杯中加入氧化石墨烯、氯乙酸和氢氧化钠进行羧基化改性，得到羧基化石墨烯；
[0042]
(3)向反应烧杯中加入乙二醇溶剂，加入质量比为100:2的la掺杂的微球状biobr和羧基化石墨烯，超声分散后，将溶液转移到干燥箱装置，在140℃下水热反应2h，得到la掺杂的微球状biobr
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石墨烯的复合材料应用于光催化降解和污水治理领域。
[0043]
对比例1
[0044]
(1)向反应烧杯中加入乙二醇，加入质量比为100:20:0.45的硝酸铋、溴化钠、硝酸镧，搅拌至溶解均匀，转移至干燥箱装置中，干燥箱装置上方固定连接有减压阀和排气口，内部设置有观察口和把手，下方固定连接有送风设备，送风设备上设置有显示屏和显示灯，送风装置下方设置有万向轮，干燥箱装置背面设置有干燥箱装置的控制开关中，反应温度100℃，反应时间10h，得到la掺杂的微球状biobr；
[0045]
(2)向反应烧杯中加入氧化石墨烯、氯乙酸和氢氧化钠进行羧基化改性，得到羧基化石墨烯；
[0046]
(3)向反应烧杯中加入乙二醇溶剂，加入质量比为100:0.25的la掺杂的微球状biobr和羧基化石墨烯，超声分散后，将溶液转移到干燥箱装置，在140℃下水热反应2h，得到la掺杂的微球状biobr
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石墨烯的复合材料应用于光催化降解和污水治理领域。
[0047]
配制100mg的la掺杂的微球状biobr
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石墨烯的复合材料和5mg的甲基紫置于100ml蒸馏水中，在50w汞灯照射下进行降解5h，使用uv
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752紫外
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可见分光光度计测试溶液中甲基紫的降解率，检测的国家标准为gb/t23762
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2020。
[0048]