[發明專利]以石墨烯為支撐骨架的三維碳化鈦/署紅水凝膠光催化復合材料及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 201810469699.4
• 申請日: 2018-05-16
• 公開（公告）號: CN108499612B
• 公開（公告）日: 2020-07-24
• 發明（設計）人: 徐藝軍;陳燕;唐紫蓉
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: B01J31/38
• 分類號: B01J31/38;C02F1/30;C02F101/20;C02F101/22
• 代理公司: 福州君誠知識產權代理有限公司 35211
• 代理人: 戴雨君

本發明公開了以石墨烯為支撐骨架的三維碳化鈦/署紅水凝膠光催化復合材料及其制備方法與應用。所述方法是在攪拌條件下將Ti₃C₂溶液和氧化石墨烯溶液混合，然后依次在溶液中加入署紅溶液和NaHSO₃溶液，攪拌30?40 min后往反應體系中通入氮氣10?15 min，70?80℃加熱8?10 h，所得產物用水多次洗滌，去除殘留的NaHSO₃，得到三維碳化鈦/署紅水凝膠光催化復合材料。所述三維碳化鈦/署紅水凝膠光催化復合材料具有良好的降解性能，其三維的宏觀結構有利于簡化操作步驟和材料的回收。本發明方法制備過程簡單，反應條件溫和，材料可以實現有效回收，對降解水體中的重金屬離子具有重要的實際應用價值，有利于環境和能源的可持續發展。

技術領域

本發明屬于材料技術領域，具體涉及一種以石墨烯為支撐骨架的三維碳化鈦/署紅水凝膠光催化復合材料及其制備方法與應用。

背景技術

在催化反應中，光催化技術作為一項綠色技術，一方面著力于水、空氣和土壤等環境污染治理的基礎和應用研究；另一方面，也可以用于光解水制氫和染料敏化太陽能電池等方面。隨著該技術的不斷發展，將光催化用于去除水相中重金屬離子的研究備受關注。近年來，有機染料光敏劑署紅（EY）由于其結合了同相光催化和異相光催化的優勢受到了廣泛關注。但是這類催化劑在實際應用中存在低效率、低穩定性、低回收率的問題。新型材料Ti₃C₂，自2011年被發現以來，由于其自身優異的性質吸引了許多領域工作者的關注，目前被廣泛應用于能源電池、超級電容器和傳感器等領域。特別地，Ti₃C₂優異的導電性、親水性，吸附性能以及可調控的表面性質使其在光催化領域成為一顆閃耀的明星。因此，若將有機染料光敏劑與Ti₃C₂結合，在材料合成和光催化領域中都具有深遠的意義和廣闊的前景。然而，和其他二維片層材料結構相似，Ti₃C₂納米片存在易堆疊的問題。這些問題導致其自身的優異性能無法得到充分有效的發揮。基于這點，開發新的制備方法，抑制Ti₃C₂/EY復合體系中Ti₃C₂納米片的堆疊，使其獨特的優勢在光催化領域得到有效發揮成為了工作的重點和難點。

發明內容

本發明的目的在于提供一種生產工藝簡單、環境友好、具有三維石墨烯結構為支撐骨架的Ti₃C₂/EY水凝膠光催化復合材料的制備方法，以及該光催化復合材料在去除重金屬離子中的應用。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

以石墨烯為支撐骨架的三維碳化鈦/署紅水凝膠光催化復合材料的制備方法：在攪拌條件下，將Ti₃C₂溶液和氧化石墨烯溶液混合，然后依次在溶液中加入署紅溶液和NaHSO₃溶液，混合溶液中碳化鈦和氧化石墨烯的質量比為1-4∶1，攪拌30-40 min后，往反應體系中通入氮氣10-15 min，70-80 ℃加熱8-10 h，所得產物用水多次洗滌，去除殘留的NaHSO₃，得到三維碳化鈦/署紅水凝膠光催化復合材料。

所述混合溶液中，碳化鈦和氧化石墨烯的質量比為2.3-4∶1。

所述Ti₃C₂溶液的濃度為2 mg/mL，所述氧化石墨烯溶液的濃度為2 mg/mL，所述署紅溶液的濃度為0.5 mg/mL，所述NaHSO₃溶液的濃度為48 mg/mL，所述Ti₃C₂溶液、氧化石墨烯溶液、署紅溶液的體積比為1-4∶1∶1。

所述氮氣的通入量為35-45 mL/min。