[發明專利]一種TiO2-還原石墨烯復合材料及其制備方法和在人工海水體系中的應用

有效

• 申請號: 201610054505.5
• 申請日: 2016-01-26
• 公開（公告）號: CN105540733B
• 公開（公告）日: 2018-10-26
• 發明（設計）人: 王挺;許智勇;祝軼琛;吳禮光
• 申請（專利權）人: 浙江工商大學
• 主分類號: C02F1/32
• 分類號: C02F1/32;B01J21/18;C02F101/34;C02F103/08
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 黃平英

本發明公開了一種TiO₂?還原石墨烯復合材料及其制備方法和在人工海水體系中的應用，制備方法包括(1)將氧化石墨烯、無水乙醇和去離子水混合，水浴中攪拌至形成平衡的吸附體系；(2)將溶解有鈦酸四丁酯的無水乙醇溶液滴加到所得吸附體系中，反應得到到包含TiO₂?氧化石墨烯粒子的懸浮體系；(3)將所得懸浮體系移入高壓釜中，密閉后進行熱處理；(4)熱處理反應液冷卻后分離，經洗滌和烘干處理后即得。本發明方法合成工藝簡單，使用本發明得到的TiO₂成銳鈦礦結晶、尺寸在1～20nm。可以在人工海水體系中高效光降解去除苯酚，通過調整反應和熱處理參數即可有效調控光催化劑形貌和性能。

技術領域

本發明涉及復合光催化劑制備以及含鹽廢水體系中光催化氧化降解污染物領域，具體涉及一種人工海水體系中弱光響應的TiO₂-還原石墨烯復合材料的制備方法。

背景技術

我國有著廣闊的海洋領域和豐富的海洋資源，但隨著海洋經濟的不斷發展和工業農業廢水陸排的持續，海洋污染問題逐漸成為制約我國經濟發展的一個重要因素。尤其由于工業農業等廢水的陸排和漁業捕撈等產生的近海環境污染問題十分嚴重。除了限制工農業廢水向海水排放外，目前急需找到一種可應用于海水體系有機污染物去除的技術。海水體系是一個鹽分較高(3-5％含鹽量)的水體系，海水中的有機污染物濃度低但成分較為復雜，很難將陸地中成熟的水處理技術應用于海水體系污染物處理過程中來。新型的多相光催化技術由于其綠色、低能耗且對污染物的無選擇性，為處理海水體系中的有機污染物提供一種可能。

例如公開號為CN 103084189A的中國發明專利申請文獻公開了一種適合海水或鹽湖鹵水的制氫光催化劑的制備方法，采用氧化物半導體和硫化物半導體作為光催化劑，通過下列兩種制備工藝方法將助催化劑負載在半導體光催化劑表面：(1)將氧化物半導體或硫化物半導體放入金屬鹽的水溶液或金屬鹽的有機溶液中，通過加入沉淀劑或直接化學反應將金屬以硫化物或氫氧化物形式負載在光催化劑表面上；(2)將質量比為1：0.1到1：0.001的催化劑和助催化劑通過混合、機械研磨直接得到，或研磨后在 400-1000℃下煅燒得到；所述的氧化物半導體為TiO₂、ZnO和BaTiO₃的粉末或薄膜；所述的硫化物半導體為CdS,Cd1-xZnxS(x＝0-1)和ZnIn₂S₄以及復合半導體ZnS1-x-0.5yOx(OH)y-ZnO的粉末或薄膜；所述的助催化劑為金屬鎳、鈷、銅或鉬的硫化物或氫氧化物；所述的金屬鹽的水溶液為金屬鎳鹽、鈷鹽、銅鹽或鉬鹽的水溶液；所述的金屬鹽的有機溶液為甲醇或乙醇的金屬鎳鹽、鈷鹽、銅鹽或鉬鹽溶液；所述的沉淀劑包括兩類：1) 堿性沉淀劑：尿素、氨水或氫氧化鈉；2)硫化物沉淀劑：硫化鈉、硫化銨、硫脲或硫代乙酰胺。

但目前要將光催化應用于海水體系中還需要首先克服兩個難點。第一，光催化過程伴隨著催化劑對降解物的吸附過程，在海水這個典型的鹽體系中，無機陰陽離子都會在光催化劑表面與有機污染物產生競爭吸附。若不能有效吸附有機物，催化劑表面活性位就會被離子占據，從而導致催化活性的降低甚至消失。因此，在海水體系中如何保證有機物在催化劑表面的吸附過程占主導地位是需要解決的第一個問題(對應到本申請中是如何解決)。第二，海水體系中可利用的光源是自然弱光光源，這就要求應用于海水體系中光催化降解過程的催化劑具有弱光響應能力，而且在弱光激發下能保證優異的催化活性。

發明內容

本發明提供了一種人工海水體系中弱光響應的TiO₂-還原石墨烯復合材料的制備方法，該方法合成工藝簡單，使用本發明得到的TiO₂成銳鈦礦結晶、尺寸在1～20nm。可以在人工海水體系中高效光降解去除苯酚，通過調整反應和熱處理參數即可有效調控光催化劑形貌和性能。

一種弱光響應的TiO₂-還原石墨烯復合材料的制備方法，包括如下步驟：