本发明专利技术公开了一种金属-石墨烯-二氧化钛纳米管阵列光催化剂及其制备和应用方法，通过把石墨烯和金属作为二氧化钛光生电子的共同载体而降低其光生电子和空穴的复合率，通过石墨烯对有机污染物的吸附性能，从而最终提高催化剂对有机污染物的降解效率。该催化剂在处理水污染物方面具有优良性能，而且制备方法简单，成本低。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于新材料及其制备
，涉及一种新型、高效的有机废水处理的复 合光催化剂。
技术介绍
二氧化钛因具有良好的禁带宽度，较强的氧化能力，以及无毒，生物、化学和光化 学稳定性好等优点，成为半导体光催化剂的研究热点。但由于其光生电子和空穴的复合率 高，而导致光催化效率偏低，并且二氧化钛亲水特性是的其对有机污染物的吸附能力差，很 难有效降解水中的有机污染物。本专利技术采用石墨烯和金属共同修饰二氧化钛纳米管阵列， 石墨烯和金属作为光生电子的载体，降低二氧化钛光生电子和空穴的复合率，利用石墨烯 对有机污染物的优异吸附性能，从而提高光催化剂的光催化效率，实现高效、简便地处理水 中有机污染物。本专利技术的复合型光催化剂的制备方法简单，成本低。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种金属-石墨烯-二氧化钛纳米管阵列复合光催化剂及其 制备和应用，本专利技术通过把石墨烯和金属作为二氧化钛光生电子的共同载体而降低其光生 电子和空穴的复合率，通过石墨烯对有机污染物的吸附性能，从而最终提高催化剂对有机 污染物的降解效率。本专利技术的目的是通过以下方式实现的。一种金属-石墨烯-二氧化钛纳米管阵列光催化剂的制备方法，包括以下步骤(1) 二氧化钛纳米管阵列的制备以钛片为基底材料；在电解液中电解制备二氧化钛纳米管阵列；煅烧，使其晶化 成二氧化钛纳米管阵列；(2)石墨烯-二氧化钛纳米管阵列复合材料的制备配制氧化石墨烯水分散液；以二氧化钛纳米管阵列电极为工作电极，钼电极为对 电极，饱和甘汞电极为参比电极，将以上三电极体系置于氧化石墨水分散液中，在电化学工 作站上采用循环伏安法电还原和沉积石墨烯，制得石墨烯-二氧化钛纳米管阵列复合材 料；(3)金属-石墨烯-二氧化钛纳米管阵列光催化剂制备；将石墨烯-二氧化钛纳米管阵列复合材料在金属盐溶液中浸泡，然后在汞灯作为 光源的UV光中照射，即制备出金属-石墨烯-二氧化钛纳米管阵列光催化剂。步骤(1)所述的二氧化钛为锐钛矿型或锐钛矿型与金红石型的复合型。步骤(2)所述的配制氧化石墨烯水分散液pH值为2. 6-9. 9，超声30分钟待用。步骤(2)所述的电还原和沉积石墨烯时，扫描电压区间为-1. 5V至IV，扫描速率为 IOOmVs人所述的金属为Pt、Pd、Au、或Ag。制备Ag-石墨烯-二氧化钛纳米管阵列光催化剂的具体条件为将石墨烯-二氧 化钛纳米管阵列复合材料在浓度为2-20mM AgNO3溶液中浸泡30min，然后在汞灯作为光源 的UV光中照射20min，即可。所述的金属-石墨烯-二氧化钛纳米管阵列光催化剂应用于有机废水的处理。金属-石墨烯-二氧化钛纳米管阵列为一种新材料。目前报道很多金属修饰二氧 化钛纳米管材料，当金属和二氧化钛连接在一起时，电子可以从费米能级位置较高的TiO2 向较低的金属迁移，直到二者的i^ermi能级相匹配，从而导致半导体能带向上弯曲，形成肖 特基势垒Φ、有效充当电子陷阱而阻止电子-空穴复合。但是这种材料对有机物的吸附性 能不好，限制了其在光催化降解有机废水中的实际应用。石墨烯对有机污染物有较好的吸 附性能和对电子有很好的捕获传输性能。本专利技术采用石墨烯和金属共同修饰二氧化钛纳米 管阵列，石墨烯和金属作为光生电子的载体，降低二氧化钛光生电子和空穴的复合率，利用 石墨烯对有机污染物的优异吸附性能，从而提高光催化剂的光催化效率，实现高效、简便地 处理水中有机污染物。附图说明图1为实施例1制备的Ag-RGO-TW2纳米管阵列的扫描电子显微镜图；图2为光催化剂光催化降解2，4- 二氯苯氧乙酸浓度变化示意图；图3为实施例2制备的Pd-RGO-TW2纳米管阵列的扫描电子显微镜图。具体实施例方式以下结合实施例旨在进一步说明本专利技术，而非限制本专利技术。实施例1 (1) 二氧化钛纳米管阵列的制备①将基底材料钛片表面打磨，清洗干净备用；②配制无机电解液电解液由0. IMNaF和0. 5MNaHS04的水溶液组成；③在15V直流电压条件下，以纯钛片为阳极，钼片为阴极，在电解液中电解制备二 氧化钛纳米管阵列；④在500°C有氧条件下将以上制备的二氧化钛纳米管阵列煅烧3h，使其晶化成二 氧化钛纳米管阵列。(2)石墨烯(RGO)薄膜的制备①配制氧化石墨烯水分散液氧化石墨烯分散于pH = 9. 18的Na2HP04的缓冲溶 液中，超声30分钟待用；②以二氧化钛纳米管阵列电极为工作电极，钼电极为对电极，饱和甘汞电极为参 比电极，将以上三电极体系置于氧化石墨水分散液中，在电化学工作站上采用循环伏安法 电还原和沉积石墨烯，扫描电压区间为-1. 5V至IV，扫描速率为lOOmVs-1。本步骤制得石墨烯-二氧化钛纳米管阵列复合材料。(3) Ag-石墨烯-二氧化钛纳米管阵列光催化剂制备将上述石墨烯-二氧化钛纳米管阵列复合材料在浓度为2_20mM AgNO3溶液中浸泡30min,然后在汞灯作为光源的UV光中照射20min，即制备出Ag-石墨烯-二氧化钛纳米管 阵列光催化剂，其扫描电子显微图见图1。(4) Ag-RGO-TiO2 光催化降解 2，4_ 二氯苯氧乙酸 0，4_D)①将有效电极面积为3cmX2cm的Ag-RG0_Ti02复合材料电极浸入60mL浓度为 10mg/L的2，4-D废水中；②用光源为500W的Xe灯(lOOmW/cn^)，模拟太阳光对其进行光催化降解；③定时取样后用紫外-可见分光光度计检测溶液中2，4_D浓度的变化；④作为对照催化剂为纯Ti02纳米管阵列、Ag-Ti02纳米管阵列和RG0_Ti02纳米 管阵列降解2，4-D条件同①、②和③。图2为光催化剂光催化降解2，4_ 二氯苯氧乙酸浓度变化示意图。曲线1为直 接光降解(降解效率为6. 72% )，曲线2为纯T^2纳米管阵列光催化降解(降解效率 为43. 99% )，曲线3为Ag-TW2复合材料光催化降解(降解效率为54. 01 % )，曲线4为 RGO-TiO2光催化降解(降解效率为78. 98% )，曲线5为本专利技术的Ag-RGO-TW2光催化降解 (降解效率为95. 26% )0实施例2将实施例1中AgN03替换为PdC12，其余同实施例1。在实施例1同样条件下，Pd-RG0-Ti02纳米管阵列光催化降解2，4_ 二氯苯氧乙 酸的降解效率为91. 33%，直接光降解效率为6. 72%，纯Ti02纳米管阵列光催化降解效率 为43. 99%, Pd-Ti02复合材料光催化降解效率为47. 88%, RG0_Ti02光催化降解效率为 78. 98%。权利要求1.一种金属-石墨烯-二氧化钛纳米管阵列光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以 下步骤(1)二氧化钛纳米管阵列的制备以钛片为基底材料；在电解液中电解制备二氧化钛纳米管阵列；煅烧，使其成品态二 氧化钛纳米管阵列；(2)石墨烯-二氧化钛纳米管阵列复合材料的制备配制氧化石墨烯水分散液；以二氧化钛纳米管阵列电极为工作电极，钼电极为对电极， 饱和甘汞电极为参比电极，将以上三电极体系置于氧化石墨水分散液中，在电化学工作站 上采用循环伏安法电还原和沉积石墨烯，制得石墨烯-二氧化钛纳米管阵列复合材料；(3)金属-石墨烯-二氧化钛纳米管阵列光催化剂制备将石墨烯-二氧化钛纳米管阵列复合材料在金属盐溶液中浸泡，然后在UV光中本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种金属－石墨烯－二氧化钛纳米管阵列光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（１）二氧化钛纳米管阵列的制备以钛片为基底材料；在电解液中电解制备二氧化钛纳米管阵列；煅烧，使其成品态二氧化钛纳米管阵列；（２）石墨烯－二氧化钛纳米管阵列复合材料的制备配制氧化石墨烯水分散液；以二氧化钛纳米管阵列电极为工作电极，铂电极为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，将以上三电极体系置于氧化石墨水分散液中，在电化学工作站上采用循环伏安法电还原和沉积石墨烯，制得石墨烯－二氧化钛纳米管阵列复合材料；（３）金属－石墨烯－二氧化钛纳米管阵列光催化剂制备将石墨烯－二氧化钛纳米管阵列复合材料在金属盐溶液中浸泡，然后在ＵＶ光中照射，即制备出金属－石墨烯－二氧化钛纳米管阵列光催化剂。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：罗胜联，刘承斌，滕雅蓉，张锡霖，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：43
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。