[發(fā)明專利]一種復(fù)合型高效可見(jiàn)光光催化劑及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811630383.5
• 申請(qǐng)日: 2018-12-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109622056B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-10-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 洪昕林;施樰;郝思穎;曾子彥;余越;劉國(guó)亮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J31/32
• 分類號(hào): B01J31/32;C02F1/30;C02F101/30
• 代理公司: 武漢科皓知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 許蓮英

本發(fā)明屬于催化劑技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種復(fù)合型高效可見(jiàn)光光催化劑及其制備方法和應(yīng)用。制備方法包括以下步驟：1)以改良Hummers法制備氧化石墨烯水溶液；2)以甲基橙溶液為模板劑，高錳酸鉀為氧化劑制備納米二氧化錳改性聚吡咯管；3)將納米二氧化錳改性聚吡咯管與氧化石墨烯溶液混合分散均勻，在高壓水熱釜中反應(yīng)，制得二氧化錳?聚吡咯石墨烯氣凝膠光催化劑。通過(guò)本發(fā)明所提供的復(fù)合型高效可見(jiàn)光光催化劑的制備方法可以簡(jiǎn)單、高效、低成本的制備得到活性良好，穩(wěn)定性高的可見(jiàn)光光催化劑，易于工業(yè)化，解決了傳統(tǒng)光催化劑成本高，重復(fù)性差的問(wèn)題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于催化劑技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種復(fù)合型高效可見(jiàn)光光催化劑及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

現(xiàn)在中國(guó)的環(huán)境問(wèn)題日益嚴(yán)峻，現(xiàn)有的對(duì)有機(jī)廢水的處理方法存在對(duì)廢水要求高，成本大等一系列問(wèn)題。光催化降解法處理廢水具有選擇性廣，使用方便，成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，是未來(lái)處理廢水廢氣最優(yōu)前景的方法。傳統(tǒng)的光催化劑如TiO₂、ZrO₂、ZnS、CdS ZnO、或BiVO₄等主要的光線吸收區(qū)為紫外光區(qū)，但太陽(yáng)光中的紫外光在達(dá)到地面時(shí)已被大氣層吸收反射掉大部分，實(shí)際地表太陽(yáng)光線中的紫外光含量不到5％，導(dǎo)致傳統(tǒng)的光催化劑光能利用率低。傳統(tǒng)的改良手段包括貴金屬負(fù)載摻雜改性，半導(dǎo)體材料復(fù)合等。但這些改良成本太高，要求條件苛刻，無(wú)法大規(guī)模制備生產(chǎn)。聚吡咯作為一種具有半導(dǎo)體特性有機(jī)高分子，因?yàn)橐子谥苽洌€(wěn)定性好，對(duì)環(huán)境友好性而備受研究者的青睞。其禁帶寬度適中，對(duì)可見(jiàn)光響應(yīng)良好，是一種極具潛力的光催化劑。但由于純聚吡咯禁帶寬度大，電導(dǎo)率小，分散性差，導(dǎo)致其催化效率低，難以單獨(dú)應(yīng)用于光催化領(lǐng)域。

二氧化錳是一種比表面積大，電化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，成本低廉的電化學(xué)材料，其與聚吡咯摻雜，一方面能夠提高聚吡咯的分散性，提高材料的吸附性；同時(shí)能夠降低聚吡咯的禁帶寬度，進(jìn)一步擴(kuò)寬其對(duì)光源的利用率。

石墨烯氣凝膠是一種具有三維多孔結(jié)構(gòu)，大比表面積，良好的電導(dǎo)率的三維材料。其不僅具有石墨烯吸附性能好的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)三維多孔結(jié)構(gòu)使得其作為載體時(shí)能良好的分散活性組分。其較高的電導(dǎo)率能夠遏制催化劑在進(jìn)行光激發(fā)反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的空穴-電子對(duì)的再?gòu)?fù)合，提高催化劑的催化效率。通過(guò)石墨烯氣凝膠與聚吡咯和二氧化錳的復(fù)合，得到了具有高效降解速率的可見(jiàn)光光催化劑。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種高效可見(jiàn)光光催化劑及其制備方法和應(yīng)用，可以解決傳統(tǒng)光催化劑的響應(yīng)范圍小，成本高的問(wèn)題。

本發(fā)明所提供的技術(shù)方案如下：

一種高效復(fù)合型可見(jiàn)光降解性催化劑，包括：

三維石墨烯氣凝膠以及負(fù)載在石墨烯氣凝膠上的納米二氧化錳改性聚吡咯管，其中，所述聚吡咯的結(jié)構(gòu)通式如下：

其中：A^-離子為氧化劑陰離子，主要為OH^-離子，因?yàn)槭褂媒饘冫}類作為氧化劑(如KMnO₄)制備PPy的過(guò)程中，其陰離子同時(shí)也可以作為摻雜劑，并通過(guò)電荷轉(zhuǎn)移形成復(fù)合物。此時(shí)PPy的鏈結(jié)構(gòu)即為一般的氧化摻雜結(jié)構(gòu)。

上述的復(fù)合型高效可見(jiàn)光光催化劑，光催化劑的活性組分為納米二氧化錳改性聚吡咯管。

上述的復(fù)合型高效可見(jiàn)光光催化劑，光催化劑的載體為三維結(jié)構(gòu)石墨烯氣凝膠。