[發明專利]溶膠-水熱法低溫制備高選擇性的無機骨架分子印跡型石墨烯-TiO2復合光催化劑

無效

• 申請號: 201310368832.4
• 申請日: 2013-08-22
• 公開（公告）號: CN103418363A
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發明（設計）人: 鄧芳;閔露娟;羅旭彪;吳少林;羅勝聯
• 申請（專利權）人: 南昌航空大學
• 主分類號: B01J21/18
• 分類號: B01J21/18;B01J21/06
• 代理公司: 南昌洪達專利事務所 36111
• 代理人: 劉凌峰

技術領域

本發明涉及一種無機骨架分子印跡型石墨烯-TiO₂復合光催化劑的制備方法，尤其涉及一種溶膠-水熱法低溫制備高選擇性的無機骨架分子印跡型石墨烯-TiO₂復合光催化劑。

背景技術

水是世界上分布最廣泛的資源之一，它不僅是萬物生存和發展必不可少的物質，也同樣是污染物聚集的場所。其中有機化合物的產量隨著人們生產生活的需求日益增大，從而造成大量的有機化合物最終以不同的方式進入環境，對生態環境照成各種各樣的影響，間接或直接的危害人類。其中水體污染尤其是水體持久性有機污染最為嚴重，從而加劇了水資源的短缺，導致水資源危機日益嚴重。因而選擇性的去除污染水體持久性的污染有機物質是一項具有科學意義和實用價值的研究工作。

納米TiO₂光催化降解廢水中的有毒有害有機物已成為光催化材料的研究熱點之一，但TiO₂光催化反應對于污染水體中的有機污染物無選擇性。近年來，國內外的研究人員已經開始關注TiO₂光催化無選擇性的問題，并對提高TiO₂選擇性做了廣泛性的研究。現有文獻報道，提高TiO₂光催化選擇性的途徑主要有以下五個方面：(1)?通過調節溶液的pH改變TiO₂表面的荷電狀態，從而提高TiO₂光催化劑對目標污染物的吸附和降解能力。但這種方法只能有效處理帶正電荷或負電荷的有機污染物。實際上，絕大多數有機污染物不帶電荷，此方法不能有效實現電中性有機污染物的選擇性降解。(2)?用特殊小分子修飾TiO₂表面，通過納米TiO₂表面嫁接的有機化合物與目標污染物之間的氫鍵或疏水親脂作用使得污染物在催化劑表面優先吸附，從而使得這些有機污染物被選擇性降解。研究表明，該方法雖使TiO₂的選擇性有所提高，但分子修飾TiO₂的穩定性差，所以降解效果并不理想。(3)?制備同時包含有吸附區和光催化活性區的雙區結構光催化劑，通過吸附區增強催化劑對目標污染物的吸附能力，從而增大對目標有機污染物的降解速率及降解選擇性。但該雙區結構光催化劑的制備十分麻煩，且選擇性吸附和降解能力也有限。(4)?制備特定晶面暴露的銳鈦礦TiO₂，{001}晶面暴露的銳鈦礦TiO₂對帶負電荷的有機污染物具有較高的選擇性，但對電中性和帶正電荷的有機污染物的選擇性降解能力不好。(5)?將分子印跡技術與光催化技術相結合，在TiO₂表面修飾一層導電有機分子印跡聚合物而制備具有特定識別性能的分子印跡型光催化劑。由于印跡空穴的空間結構與模板分子的構型、構象完全匹配，有利于目標污染物在分子印跡型光催化劑表面發生選擇性吸附，從而使得目標有機污染物被選擇性降解。此方法不僅可以有效處理帶正電荷或負電荷的有機污染物，還可以有效實現電中性有機污染物的選擇性降解。綜上所述，分子印跡技術與光催化技術相結合在選擇性光催化降解中具有廣泛的應用前景。

石墨烯(RG0)是一種由碳原子緊密堆積而成的具有蜂窩狀結構的二維材料，其極大的比表面積，較低的生產成本和優良的導電性能等性質，非常適合與光催化材料復合，改善其光催化性能，形成高性能的的復合材料。石墨烯提高光催化效率主要從三個反面考慮。（1）由于石墨烯優良的導電性，TiO₂激發產生的電子不會在其周圍聚集，很好的抑制了光生電子和空穴的復合。（2）石墨烯與Ti-O-C化學鍵相互作用，改變TiO₂原有的禁帶寬度，使其在可見光區顯示出光催化活性，增加對可見光的利用率。（3）石墨烯的片狀結構具有巨大的比表面積和共軛結構，可以吸附大量的污染物，可以為光催化反應提供理想的反應位，從而利于反應的進行。綜合上述，采用石墨烯與分子印跡光催化技術相結合具有廣泛的應用前景。