[发明专利]多孔无机陶瓷膜-石墨烯-TiO2光触媒复合材料及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明属于光催化材料领域，具体涉及一种多孔无机陶瓷膜-石墨烯-TiO₂光触媒复合材料及其制备方法。

背景技术：

光催化污水处理技术，以其独特的优点，得到国内外研究人员的关注。其中， TiO₂以其光化学稳定性好、抗磨损、价格低廉和良好的紫外光降解活性等优点成为光催化技术研究领域的研究热点。

然而，由于TiO₂上光生载流子复合快，导致光量子效率低。同时，TiO₂能隙宽(≈3.2 eV)，致使其只能为紫外光激发，使得太阳能利用受到限制。为此，科技工作者尝试了多种手段以克服上述缺陷，较多地致力于TiO₂的掺杂修饰，如贵金属沉积、与其它半导体材料的复合、染料的表面光敏化、金属和非金属掺杂改性等。石墨烯（Graphene）自发现以来，其独特的理化特性使其在众多领域如储氢、导电材料、吸附剂及复合材料等领域得到广泛的应用。因此，将石墨烯与TiO₂复合，利用石墨烯提供的大比表面积和极强的电荷传输性能，可显著改善TiO₂的光催化性能。

此外，单纯的TiO₂作为催化剂，污水中的有机物在其表面浓度低，传质速率低也影响了其催化效率，这些缺陷限制了TiO₂在实际中的应用。多孔无机陶瓷膜作为新型分离介质具有耐高温、耐腐蚀、耐清洗、机械强度大、结构稳定不变形、寿命长等突出优点，可弥补有机高分子膜的不足而获得了迅速的发展。目前，多孔无机陶瓷膜已在食品饮料、医药卫生、冶金化工、污水处理和生物技术等方面得到广泛应用。将TiO₂负载于多孔无机陶瓷膜的表面，多孔无机陶瓷膜以其极大的比表面积和孔隙率，可促进其表面的传质过程，加快表面吸附反应，提高光催化中心的反应物浓度，达到更好的光催化效果。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有光触媒催化剂的缺陷，提供一种新型的多孔无机陶瓷膜-石墨烯-TiO₂光触媒复合材料，利用所述的复合材料中含有的多孔无机陶瓷膜的富集吸附作用与石墨烯独特的电荷传输性能，提供一种催化效率高、耐腐蚀、耐清洗、机械强度大、结构稳定不变形和使用寿命长的光触媒复合催化剂及其制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明以多孔无机陶瓷膜为载体，将石墨烯-TiO₂复合物负载于载体表面形成多孔无机陶瓷膜-石墨烯-TiO₂光触媒复合材料。在该光触媒复合材料中，多孔无机陶瓷膜在所述的光触媒复合材料中的质量百分比为50%~80%，石墨烯-TiO₂复合物在所述的光触媒复合材料中的质量百分比为20%~50%；在所述的石墨烯-TiO₂复合物中，石墨烯在石墨烯-TiO₂复合物中的质量百分比为3%~5%，TiO₂在石墨烯-TiO₂复合物中的质量百分比为95%~97%。

上述的多孔无机陶瓷膜-石墨烯-TiO₂光触媒复合材料的具体制备步骤为：

（1）多孔无机陶瓷膜的制备：

将主要成分为SiO₂、Al₂O₃、CaO、MgO、TiO₂、K₂O、Na₂O的煤渣研磨均匀；然后向前述的煤渣研磨物中加入粒径为0.02 mm的发泡剂；再采用半干法在成型压力为38 MPa的条件下将前述的发泡剂和煤渣的混合物压模成型，压制成薄片；将压制的薄片在马弗炉中1100℃下煅烧2 h即获得粉煤灰基多孔无机陶瓷片；然后将粉煤灰基多孔无机陶瓷片研磨得到所述的多孔无机陶瓷膜； 

（2）石墨烯-TiO₂复合材料的制备：

室温下，将石墨烯放入无水乙醇中，先进行第一次超声波处理，然后加入钛酸正丁酯；再进行第二次超声波处理，得到所述的石墨烯-TiO₂复合材料；

（3）多孔无机陶瓷膜-石墨烯-TiO₂光触媒复合材料的制备：