[發明專利]一種石墨烯、TiO2?氮化碳負載泡沫鎳的光催化材料及其制備方法與應用

在審

• 申請號: 201711094921.9
• 申請日: 2017-11-06
• 公開（公告）號: CN107876078A
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: 周瑩;李偉;左一粟;李成金;吳宜達;張騫
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;B01D53/86;B01D53/56
• 代理公司: 暫無信息
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技術領域

本發明涉及室內空氣凈化領域，特別涉及一種石墨烯、TiO₂-氮化碳負載泡沫鎳的光催化材料及其制備方法與應用。

背景技術

近年來頻出的空氣污染，水污染及霧霾天氣，特別是日益嚴重的室內空氣污染，讓人們切實感受到了以化石能源為基礎的現代社會的發展弊端，也刺激了人們對環境凈化和清潔能源技術的需求。在這一社會現狀下，基于太陽能的光催化技術以其能耗低、來源穩定、環境友好等特點越來越受到人們的關注。

光催化材料是光催化技術的基礎，是實現光催化反應的前提。通過光催化反應實現太陽能到化學能的轉化是研發光催化材料的目的，而從眾多的光催化材料中篩選出針對某一污染物或光催化反應有效的光催化劑并準確評價其光催化性能是實現光催化材料從研發到應用的關鍵問題。

基于國內外對于光催化材料的研究，特別是可見光型光催化材料的研究和應用，以可見光型材料為代表的光催化材料無疑成為研究的熱門，因此以可見光型材料為代表的光催化材料負載到多孔材料上，并將其應用空氣凈化等多個領域具有巨大的實際應用意義。

發明內容

本發明的目的在于研究一套簡易高效的石墨烯、TiO₂-氮化碳負載泡沫鎳的光催化材料的制備方法。

本發明的目的在于提供上述制備方法得到的石墨烯、TiO₂-氮化碳負載泡沫鎳的光催化材料。

本發明的目的在于提供所述的石墨烯、TiO₂-氮化碳負載泡沫鎳的光催化材料在室內空氣凈化領域的應用。

本發明的目的通過以下技術方案實現：一種石墨烯、TiO₂-氮化碳負載泡沫鎳的光催化材料的制備方法，包含以下步驟：

⑴基底泡沫鎳的預處理：將泡沫鎳依次用低濃度酸和去離子水浸泡沖洗，烘干干燥后待用；

⑵光催化原料的制備：以含氮量量豐富的前驅體在馬弗爐中高溫燒制成粉體；

⑶氮化碳分散溶液的制備：將氮化碳粉末與石墨烯、TiO₂混合于有機溶劑中，超聲分散后充分攪拌，即氮化碳分散溶液；

⑷浸漬加熱法制備石墨烯、TiO₂-氮化碳負載泡沫鎳的光催化材料：將步驟⑴預處理所得泡沫鎳浸泡于氮化碳分散溶液中，翻轉多次浸漬，使其充分浸泡后烘干，即得石墨烯、TiO₂-氮化碳負載泡沫鎳的光催化材料。

步驟⑴所述泡沫鎳尺寸大小為寬為20～200mm，長為50～400mm。

步驟⑴所述泡沫鎳通過如下具體步驟進行預處理：將泡沫鎳置于低濃度酸中浸泡10～60min,再用清水沖洗2～3次，然后用去離子水沖洗2～3次，瀝干水分后置于恒溫干燥箱中烘干。

步驟⑵所述的光催化原料的前驅體為氰胺、二氰二胺、三聚氰胺、尿素中的一種或多種混合物，燒制溫度控制在450～600℃，燒制時間為30～90min。

步驟⑶中所述的光催化劑原料氮化碳與所述石墨烯、TiO₂按0.1～2g:1～60mg:1～80mg配比；

步驟⑶中所述的分散劑TiO₂為銳鈦礦型、金紅石型或者是商用P25中任意一種；

步驟⑶中所述的有機溶劑包括甲醇、乙醇、丙酮等有機溶液中任意一種或至少兩種組合；

步驟⑶中所述的超聲分散時間為10～120min；

步驟⑶中所述的充分攪拌時間為10～120min。

步驟⑷所述的恒溫烘干的溫度為60～200℃。

一種石墨烯、TiO₂-氮化碳負載泡沫鎳的光催化材料，通過上述方法制備得到：其中，得到的光催化劑的負載量為質量百分比0.5～20.0％；

所述的一種石墨烯、TiO₂-氮化碳負載泡沫鎳的光催化材料在室內空氣凈化中的應用中具有優異的氮氧化物降解性能。

一種高效光催化降解氮氧化物的方法，包括以下步驟：

⑴將本發明所述的石墨烯、TiO₂-氮化碳負載泡沫鎳的光催化材料安裝于光催化反應器中；

⑵將含有氣體污染物NO的空氣通入反應體系，其反應體系NO濃度范圍為450～650ppb，經過一定時間的暗場吸附后，開啟光源，進行可見光照射，評價材料的氮氧化物的光催化活性。三維多孔載體表面為催化反應提供合適的流體通道，為降解流體污染物提供更多的催化反應接觸面積，從而得到優異的氮氧化物降解性能；