[發明專利]一種二氧化鈦/Zn?g?C3N4/石墨烯復合材料的制備方法與應用

在審

• 申請號: 201710949981.8
• 申請日: 2017-10-13
• 公開（公告）號: CN107715904A
• 公開（公告）日: 2018-02-23
• 發明（設計）人: 戴珂;曾鵬;韓萍萍;謝金秋;王進
• 申請（專利權）人: 華中農業大學;肇慶市萬維新材料科技有限公司
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;B01J37/08;B01J37/10;C02F1/30;C02F101/22
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及光催化劑技術領域，特別涉及一種二氧化鈦/Zn-g-C₃N₄/石墨烯復合材料的制備方法與應用。

背景技術

近年來，隨著電鍍、冶金、制革、印染和化工等行業的快速發展，水體中重金屬的含量越來越高。鉻作為一種重要的污染物，相對于三價鉻，六價鉻的毒性是其100倍，且六價鉻更容易被人體所吸收和蓄積，并引起口角糜爛、惡心、嘔吐、腹瀉、腹疼和潰瘍等病變。最常用的處理Cr(VI)的方法是加一定量還原劑將Cr(VI)轉化成Cr(III)，之后在堿性條件下形成Cr(OH)3沉淀而去除，但這種方法需要消耗大量的還原劑且容易造成二次污染。

半導體光催化法能夠把Cr(VI)還原成Cr(III)，是一種環境友好的處理方法。TiO2由于其性質穩定、無毒、氧化還原能力強、無二次污染等優點，是目前公認的最佳光催化劑。雖然TiO2對于重金屬的去除有很高的效果，

但是由于TiO2的電子-空穴的復合率高，導致其光催化的量子產率低而影響了其實際應用。而且，TiO2過大的禁帶寬度( 3.2eV) 導致其只能吸收太陽光中的紫外光部分，而不能吸收可見光部分。因此，對于改進TiO2的光催化效率主要集中在改善其量子產率和對可見光的利用率。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種二氧化鈦/Zn-g-C₃N₄/石墨烯復合材料的制備方法與應用，該一種二氧化鈦/Zn-g-C₃N₄/石墨烯復合材料光催化劑在光照射下可去除廢水中六價鉻。

本發明的技術方案如下：

本發明提供一種二氧化鈦/Zn-g-C₃N₄/石墨烯復合材料，其中石墨烯的質量分數為5~30%，二氧化鈦的質量分數為30~60%，Zn-g-C₃N₄的質量分數為30~60%；

本發明提供一種二氧化鈦/Zn-g-C₃N₄/石墨烯復合材料，其中外層的石墨烯為三維3D石墨烯結構，二氧化鈦納米顆粒與Zn-g-C₃N₄復合材料均勻的分布在3D石墨烯的孔結構中。

本發明還提供一種二氧化鈦/Zn- g-C₃N₄/石墨烯復合材料的制備方法，其制備方法如下：

（1）將二氰二氨和醋酸鋅溶解于蒸餾水中，機械攪拌，放入干燥箱內干燥，干燥后轉移到馬弗爐內煅燒，反應完全后自然冷卻得到Zn-g-C₃N₄；

（2）將氧化石墨和制備的Zn-g-C₃N₄加入到水中超聲分散形成均勻的懸浮液，再將鈦酸四丁酯緩慢地滴入懸浮液中，充分攪拌，混合液轉移到聚四氟乙烯內膽中，裝入不銹鋼反應釜中，進行溶劑熱反應。

（3）將溶劑熱反應的產物取出，先用乙醇清洗，隨后再用去離子水清洗，在真空干燥箱中干燥，得到二氧化鈦/ Zn-g-C₃N₄/石墨烯復合材料；

其中步驟（1）中二氰二氨與醋酸鋅的質量比為1：0.05~0.1，煅燒溫度為500~600℃，煅燒時間為1~3h。

其中步驟（2）中氧化石墨與Zn-g-C₃N₄的質量比為0.1~0.5:1，氧化石墨與鈦酸四丁酯的質量比為0.1~0.5:1，超聲分散時間30~60分鐘，溶劑熱反應的溫度為170~200℃，反應時間為5~24小時。

本申請中異質結可以在復合材料二氧化鈦/ Zn-g-C₃N₄之間形成，有利于電子和空穴的分離，普通二氧化鈦/g-C₃N₄產生的電子不能被轉移和利用，異質結構中的光生電子和空穴仍會重新組合，導致相對較低的活性，本專利中Zn部分取代了g-C₃N₄的碳，并加入到g-C₃N₄的框架中。這時碳的一部分形成了碳正離子，可以更容易地捕獲電子；同時石墨烯也具備超高的導電能力，能夠快速的將光生電子轉移。

三維結構的石墨烯材料具有大的比表面積和大量的孔結構，有利于吸附廢水中的六價鉻，并對其進行還原，提高還原效率。