[發(fā)明專利]一種磁性納米復(fù)合光催化劑及應(yīng)用

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110143064.3
• 申請日: 2011-05-30
• 公開（公告）號: CN102319563A
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 羅勝聯(lián);劉承斌;張甘;唐艷紅;滕雅蓉;張錫林
• 申請（專利權(quán)）人: 湖南大學(xué)
• 主分類號: B01J23/745
• 分類號: B01J23/745;B01J21/06;B01J23/889;B01J23/80;C02F1/30;C02F101/34;C02F101/36;C02F101/38
• 代理公司: 長沙市融智專利事務(wù)所 43114
• 代理人: 魏娟

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種納米復(fù)合光催化劑及應(yīng)用。

背景技術(shù)：

自從發(fā)現(xiàn)石墨烯以來，由于其優(yōu)異的電荷存儲和傳輸性能，石墨烯及其復(fù)合物在電子器件、電極、電池、電容器及傳感器方面應(yīng)用受到人們廣泛重視。半導(dǎo)體光催化劑已經(jīng)廣泛用于光催化降解水中有機污染物，但粉末半導(dǎo)體不易回收，易造成二次污染。眾所周知，本征態(tài)二氧化鈦光生電子和空穴的復(fù)合率高，而導(dǎo)致光催化效率偏低。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的在于提供一種納米復(fù)合光催化劑，該催化劑要具有較強的光催化降解有機污染物的能力，并且可通過磁鐵進行回收。

本發(fā)明的納米復(fù)合光催化劑是在磁性納米顆粒的表面包覆有TiO₂半導(dǎo)體層形成核殼結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，最外層復(fù)合吸附有石墨烯層。

本發(fā)明還可將磁性納米顆粒表面修飾有二氧化硅層。

在以上材料的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可在所述的殼核結(jié)構(gòu)表面修飾氨基。

所述的TiO₂是銳鈦礦晶形。

所述的磁性納米顆粒或表面修飾有二氧化硅層的磁性納米顆粒重量百分含量為5-85％，半導(dǎo)體重量百分含量為10-90％，石墨烯重量百分含量1-50％。

本發(fā)明的磁性納米復(fù)合光催化劑制備有多種方法可以實現(xiàn)。

如：本發(fā)明可以由Ti(O-Bu)₄溶入有機溶劑制成溶膠-凝膠，加入經(jīng)修飾二氧化硅層或未經(jīng)修飾的磁性納米顆粒，所得固體經(jīng)水解，煅燒，形成表面包覆TiO₂半導(dǎo)體層形成核殼結(jié)構(gòu)材料；所得核殼結(jié)構(gòu)材料與氧化石墨烯水分散液混合，經(jīng)無氧煅燒使TiO₂轉(zhuǎn)變?yōu)殇J鈦礦晶形，氧化石墨烯部分熱還原且在進一步紫外光照下還原，得到本發(fā)明的材料。

將所得核殼結(jié)構(gòu)材料還可加入氨基修飾基團再與氧化石墨烯水分散液混合。

下面是優(yōu)選方法舉例而并不是對本發(fā)明的限制。

方法一、將Ti(O-Bu)₄溶入甲苯和乙醇混合溶液中制成溶膠-凝膠液；將磁性納米顆粒加入到溶膠-凝膠液中攪拌，然后通過磁性分離，得到的固體沖洗除去雜質(zhì)并進行水解，然后再置入上述溶膠-凝膠液，重復(fù)上述操作，所得固體材料在270～330℃下煅燒，形成磁性納米顆粒表面包覆TiO₂半導(dǎo)體層的成核殼結(jié)構(gòu)材料；所得核殼結(jié)構(gòu)材料與氧化石墨烯水分散液混合，在180～220℃下加熱攪拌，經(jīng)磁性分離固體物洗滌、干燥，再在380～420℃下無氧煅燒，使TiO₂轉(zhuǎn)變?yōu)殇J鈦礦晶形，氧化石墨烯部分熱還原且在進一步紫外光照下還原得到最外層石墨烯層。

方法二、將磁性納米顆粒加入到含有四乙基硅酸酯和乙醇混合溶液中攪拌，然后室溫靜置陳化過夜，然后通過磁性分離，干燥得到表面修飾有二氧化硅層的磁性納米顆粒。將Ti(O-Bu)₄溶入甲苯和乙醇混合溶液中制成溶膠-凝膠液；將二氧化硅修飾磁性納米顆粒和乙醇混合物超聲分散后加入到上述溶膠-凝膠液中攪拌，然后通過磁性分離，得到的固體沖洗除去雜質(zhì)并進行水解，然后再置入上述溶膠-凝膠液，重復(fù)上述操作，所得固體材料在270～330℃下煅燒，形成磁性納米顆粒表面包覆TiO₂半導(dǎo)體層的成核殼結(jié)構(gòu)材料；所得核殼結(jié)構(gòu)材料與氧化石墨烯水分散液混合，在180～220℃下加熱攪拌，經(jīng)磁性分離固體物洗滌、干燥，再在380～420℃下無氧煅燒，使TiO₂轉(zhuǎn)變?yōu)殇J鈦礦晶形，氧化石墨烯部分熱還原且在進一步紫外光照下還原得到最外層石墨烯層。

方法三、將磁性納米顆粒表面包覆TiO₂半導(dǎo)體層的成核殼結(jié)構(gòu)材料(制備同方法一或二)分散在含有3-氨基丙基三甲氧基硅烷的無水甲苯中超聲分散，然后回流過夜，所有操作在氮氣保護下進行。冷卻離心分離，去離子水洗滌，干燥，得到表面含有氨基的磁性殼核結(jié)構(gòu)材料，封存待用。所得核殼結(jié)構(gòu)材料與氧化石墨烯水分散液混合，在pH值3～6、溫度180～220℃下加熱攪拌，經(jīng)磁性分離固體物洗滌、干燥，再在380～420℃下無氧煅燒，使TiO₂轉(zhuǎn)變?yōu)殇J鈦礦晶形，氧化石墨烯部分熱還原且在進一步紫外光照下還原得到最外層石墨烯層。