[發明專利]一種TiO2/RGO氣凝膠及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201410454468.8
• 申請日: 2014-09-09
• 公開（公告）號: CN104226290A
• 公開（公告）日: 2014-12-24
• 發明（設計）人: 李朝暉;劉文君;陳旬;戴文新
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: B01J21/18
• 分類號: B01J21/18;B01J13/00;C02F1/30
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊

技術領域

本發明屬于材料制備和環境凈化的技術領域，具體涉及一種高效吸附和光催化治理含油廢水的光催化劑TiO₂/RGO氣凝膠及其制備方法。?

背景技術

無機粉體的改性往往是表面從親水到疏水的改性過程。對于具有光催化活性的TiO₂材料，一種改性的方法是改變TiO₂的表面形貌結構，例如Jin等人用水熱法合成了具有微納米分層結構表面形貌的TiO₂，該形貌結構的表面具有超強的親／疏水性能；Lin等人利用電化學陽極氧化鈦片的方法制備了TiO₂納米纖維管陣列，該陣列的形貌具有光控超親／疏水的性質。另一種增強親／疏水性的方法是在TiO₂的表面添加有機物，例如Sawada等人在制備有TiO₂層的基材表面接枝F硅烷，研究指出由于高分子F試劑的引入使得TiO₂的親／疏水轉換性更強，相比其它高分子復合材料的穩定性也更強。另外還有研究者將兩種方法結合在一起，例如：Athanassiou等人用光蝕刻技術制備粗糙的TiO₂表面，并且在表面上接枝螺吡喃，使得TiO₂表面的疏水性得到進一步增強。雖然TiO₂疏水性的研究已經取得了很大的進展，但還有不少的問題需要去解決。首先，處理疏水的工藝復雜且所用的低表面能物質的價格昂貴，且對設備的要求高，反應的時間長。其次，由于疏水表面的機械強度差，易受外力的破壞，使其表面結構受到損壞，導致表面的疏水性大大降低甚至喪失；另外，疏水表面有可能被某些油性的物質污染，在使用的過程中也可能被別的物質污染，使得其疏水性逐漸降低，最終使TiO₂粉體聚沉，大大影響其光催化活性。?

在實際應用中，將TiO₂負載于簡單易得的疏水性固體材料表面使其成為疏水型復合光催化劑，是非常有價值的。基于此，許多疏水型固體材料已經被作為TiO₂的載體，而優良的疏水型載體還應該要有大比表面積，大孔徑，能夠快速傳質等特點。以半胱氨酸和氧化石墨作為前驅體合成的RGO氣凝膠由于它的超疏水性可作為一種新型吸附材料用于溢油污染治理，以及其超輕的密度能夠使它漂浮在水面上接收更多的陽光，因此可以作為良好的納米光催化劑的載體。除此之外，RGO的引入還能夠減緩光生電子和空穴的復合，有利于提高光催化活性。基于這些特性，此RGO氣凝膠可作為納米光催化劑載體的首選。然而，研究TiO₂與RGO氣凝膠形成疏水型氣凝膠及光催化應用尚處于起步階段。因此，開發具有可控潤濕性，生產工藝簡單，易分離回收的氣凝膠光催化材料對推廣光催化技術的實際應用以及含油廢水的治理有重大的意義。?

發明內容

本發明的目的在于提供一種TiO₂/RGO氣凝膠及其制備方法和應用，擬解決傳統光催化劑在吸附和治理含油廢水時效率低下、容易失活、不易分離回收等問題。本發明所制備的光催化劑TiO₂/RGO氣凝膠具有高比表面積，可控潤濕性，能夠高效吸附和光催化治理含油廢水，且易分離回收。制備方法簡單，原料廉價易得，有利于大規模的工業生產，具備顯著的經濟和社會效益。?

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：?

一種TiO₂/RGO氣凝膠是將TiO₂負載于還原氧化石墨烯氣凝膠上，具有直徑為2?.0?cm，高為3.5?cm的宏觀結構。該氣凝膠具有高比表面積，輕密度，能夠有效地減緩光生電子和空穴的復合，使用后易分離回收。

所述的氣凝膠的制備方法為水熱法：將TiOSO₄加入50?mL溶有200?mg半胱胺酸的水溶液中，在室溫下劇烈攪拌10~40?min，然后加入20?mL的氧化石墨烯（5?mg/mL），轉入100mL的水熱釜中，在100~160℃下反應10~20?h。冷卻后，產物水凝膠經洗滌，凍干即得到所述的氣凝膠，其中TiO₂負載量為14.3-76.9wt.%。?

所述的TiO₂/RGO氣凝膠用于吸附和光催化治理含油廢水。?

本發明的顯著優點在于：?

（1）本發明首次將TiO₂/RGO氣凝膠應用于光催化領域，其比表面積大，可控潤濕性，密度小，能夠有效地減緩光生電子和空穴的復合，使用后易分離回收，提高其光催化性能進而高效地治理含油廢水。