[發明專利]一種氧化石墨烯負載二氧化鈦耦合材料的制備方法及應用

在審

• 申請號: 201611177958.3
• 申請日: 2016-12-19
• 公開（公告）號: CN106732356A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 胡新將;趙運林;王平;王慧;楊遠秀;徐正剛;譚小飛;江盧華;方威;王曉雪
• 申請（專利權）人: 中南林業科技大學
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J21/18;C02F1/28;C02F1/32;B01J20/30;C02F101/22
• 代理公司: 北京志霖恒遠知識產權代理事務所(普通合伙)11435
• 代理人: 陳銘浩,馮曉欣

技術領域

本發明屬于環保新材料和水處理新技術領域，具體涉及一種氧化石墨烯負載二氧化鈦耦合材料的制備方法及應用。

背景技術

鉻是電鍍、皮革鞣制、印染、金屬加工、以及紡織生產等工業排出廢水中的常見污染成分。鉻在天然水和廢水中以六價和三價兩種穩定的價態存在。六價鉻由于其高度遷移性和不可生物降解的性質而對人類和水環境危害較大。相比之下，三價鉻容易沉淀，其毒性較小。因此，將高毒性的六價鉻還原為低毒的三價鉻是處理六價鉻廢水的有效方式。光催化還原被認為是用于將六價鉻還原為三價鉻的最環境友好的方法之一。在這個過程中，光催化效率主要由光催化劑的性能決定。因此，開發具有優異光催化活性的光催化劑是非常迫切和必要的。

由于二氧化鈦（TiO₂）具有優異的光化學性能，其常被用作環境修復的半導體，并且通常應用于將六價鉻光催化還原為三價鉻。盡管光還原產物三價鉻比六價鉻毒性低，但是與高濃度三價鉻的長期接觸也可能對環境和人類健康造成危害，并且在一些氧化條件下三價鉻可以轉化為高毒性的六價鉻。由于其獨特的物理化學性質，氧化石墨烯最近受到了全世界的關注。氧化石墨烯含有大量含氧官能團，如羥基，環氧基，羰基和羧基。將TiO₂和氧化石墨烯進行耦合具有很大的優點。TiO₂可以將六價鉻還原為三價鉻，并且氧化石墨烯可以吸附去除六價鉻和三價鉻。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：針對現有技術存在的不足，提供工藝簡單、操作方便、易于實現工業化生產的氧化石墨烯負載二氧化鈦耦合材料的制備方法，以及一種將氧化石墨烯負載二氧化鈦耦合材料應用于去除水體中六價鉻的方法。

為解決上述技術問題，本發明提供一種氧化石墨烯負載二氧化鈦耦合材料的制備方法，具體步驟如下：

（1）將石墨粉、K₂S₂O₈和P₂O₅加入到10～50 mL濃硫酸中在50～100 ℃下反應2～8小時，所述石墨粉、K₂S₂O₈與P₂O₅的質量比為1：（0.5～2）：（0.5～2），所述濃硫酸的質量濃度為90～98%，然后冷卻至20～40 ℃，加入800～1200 mL超純水，放置8～12小時，將產物洗滌至中性后在40～80 ℃下干燥后得到預氧化石墨；

（2）將步驟（1）得到的預氧化石墨加入到200～300 mL濃硫酸中，再加入NaNO₃和KMnO₄，所述濃硫酸的質量濃度為90～98%，所述預氧化石墨、NaNO₃與KMnO₄的質量比為1：（0.5～2）：（10～50），在0～5 ℃下反應2～6小時，升溫到30～40 ℃下反應1～4小時，加入200～800 mL超純水，在80～100 ℃條件下反應1～6小時，然后加入800～1200 mL超純水和20～60 mL H₂O₂，所述H₂O₂質量濃度為20～30%，繼續反應1～6小時，將得到的產物用質量濃度為5～15% 的HCl溶液洗滌，用大量水洗滌至中性，并在30～60 ℃下超聲分散1～4小時得到質量濃度為1～10 mg/mL的氧化石墨烯水懸液；

（3）將10～1000 mL乙醇加入到10～1000 mL步驟（2）得到的氧化石墨烯懸浮液中，將混合物轉移到水浴中并在溫度為5～60 ℃下攪拌約1～100分鐘，然后，將5～60 mL鈦酸四異丙酯和1～500 mL乙醇的混合溶液緩慢加入到上述混合物中，并在5～60 ℃下攪拌0.5～10小時，接著，在50～100 ℃下蒸發凝膠中的乙醇和水，得到淺灰色粉末，最后，將所得粉末在10～100 ℃下干燥2～24小時，然后研磨，得到氧化石墨烯負載二氧化鈦耦合材料。

本發明還提供一種上述的氧化石墨烯負載二氧化鈦耦合材料去除水體中六價鉻的方法，包括以下步驟：