[發明專利]一種木質素碳/納米二氧化鈦復合光催化劑及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201811375370.8
• 申請日: 2018-11-19
• 公開（公告）號: CN109482168B
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發明（設計）人: 楊東杰;張賓朋;邱學青;王歡;樓宏銘;錢勇;劉偉峰
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: B01J21/18
• 分類號: B01J21/18;C02F1/30;C02F101/30
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 裘暉

本發明屬于復合納米材料制備技術領域，公開了一種木質素碳/納米二氧化鈦復合光催化劑及其制備方法和在光催化領域中的應用。本發明制備方法先把木質素磺酸鹽與烷基三甲基溴化銨混合進行疏水改性，得到木質素復配物；將木質素復配物、鈦醇鹽加入乙醇中得到乙醇溶液，把乙醇溶液加入水溶液中，攪拌反應，得到木質素/TiO₂復合物；加熱煅燒，得到木質素碳/納米二氧化鈦復合光催化劑。本發明方法制備得到的木質素碳/納米二氧化鈦復合光催化劑中二氧化鈦粒徑小，且分布均一，具有顯著提高的光催化效率，對羅丹明溶液的降解速率是Degussa P25的7倍，可應用于光催化領域中，特別是在光催化降解有機污染物領域具有潛在的應用價值。

技術領域

本發明屬于復合納米材料制備技術領域，特別涉及一種木質素碳/納米二氧化鈦復合光催化劑及其制備方法和在光催化領域中的應用。

背景技術

近年來，隨著社會的發展，紡織品、精細化工生產過程中排放的有機廢水造成嚴重的環境污染問題，已受到全球科研工作者的高度重視。光催化技術作為一種新型有效的綠色技術，在環境和能源領域有著重要的應用前景。納米二氧化鈦作為一種優異的半導體材料，具有化學性質穩定、抗腐蝕、耐酸堿、廉價等優點，被廣泛地用作光催化劑，可用于降解水中的有機污染物。

然而，二氧化鈦的光催化活性受其禁帶寬度的限制(金紅石相的禁帶寬度為3.0eV，而銳鈦礦相的禁帶寬度為3.2eV)，只能被波長小于380nm以下的紫外光所激發，太陽光利用率較低。另一方面，當TiO₂光催化劑受到太陽光照射時，激發產生的電子和空穴很容易在其表面和體內發生復合，導致光催化效率低。

碳材料具有良好的電子傳輸能力，并且對半導體材料具有一定的敏化作用，將半導體材料和碳材料復合在一起，可以在一定程度上克服上述缺陷。大量的研究表明，將碳材料(石墨烯、碳纖維、碳納米管等)和TiO₂進行復合，可顯著改善其光催化性能。文獻(ACSApplied MaterialsInterfaces,2013,5(3):1156-1164.)公布了一種通過溶膠-凝膠法和水熱法處理制備具有不同碳材料添加比例的TiO₂/碳(GR，CNT和C60)納米復合材料的方法，并通過光催化降解苯甲醇研究了合成的TiO₂/碳復合材料的光催化性能，通過添加GR，CNT和C60都可以誘導可見光區域的光吸收強度增加，有效促進TiO₂/GR，TiO₂/CNT和TiO₂/C60納米復合材料的可見光響應，并且促進光激發的電子-空穴對的有效分離，進而提高其光催化效率。中國專利CN 107308929A公布了《一種石墨烯-納米二氧化鈦復合物光催化劑》，其制備方法是先用石墨粉合成氧化石墨烯，再加入去離子水配置成氧化石墨烯溶液，接著加入十六烷基溴化銨溶液和三氯化鈦溶液，高壓反應釜中反應，然后沉淀，洗滌即得到產物。然而，以上碳基/TiO₂復合光催化劑的碳基材料(石墨烯、碳納米管、富勒烯等)制備過程復雜且價格昂貴，制備過程中需要用到強酸強堿，環境污染嚴重；制備出具有一定形貌的碳基材料再與TiO₂復合，導致兩者之間的結合力弱；同時，石墨烯等碳基材料自身易團聚，導致制備的復合光催化劑中碳基材料和二氧化鈦分布不均。這些問題都大大限制了其光催化性能，阻礙了其商業應用前景。