[发明专利]光催化材料及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及光催化材料及其应用，具体的涉及一种含有纳米二氧化钛的光催化材料及其应用。

背景技术

纳米级二氧化钛近年来引起了诸多的关注，广泛应用于光催化材料、太阳能电池、气敏传感器和光电子学器件等领域。就光催化而言，二氧化钛的光催化能力取决于其晶型、晶粒大小以及结晶程度，而电子-空穴复合、光子散射等都会影响到二氧化钛最终的光子利用效率。相对而言，结晶度较高、晶粒较小的锐钛矿相的纳米二氧化钛表现出更好的光催化性能。

也有采用新型碳材料诸如碳纳米管、C60等与二氧化钛复合形成复合材料，由于二者的协同作用，增强了材料对有机物、污染物的光催化性能。

石墨烯是将石墨化学改性后得到的一种新型的性能优异的纳米碳材料，具有较高的比表面积，且其表面具有丰富的官能团，被认为是一种很有潜力的复合材料中的组分。目前还没有文献关于二氧化钛与氧化石墨烯的复合材料在上述光催化材料中的应用。

发明内容

本发明为克服现有技术的不足，提供一种光催化材料，其原料中含有纳米二氧化钛溶胶与氧化石墨烯。

本发明的目的还在于提供上述光催化材料的应用。

本发明通过如下技术方案实现：

一种光催化材料，其为由包括一种核-壳复合颗粒和纳米二氧化钛溶胶的原料制得的复合材料，所述核-壳复合颗粒的内核为含有氧化石墨烯的氧化石墨、外壳为聚合物的热解产物。

根据本发明，所述复合材料由包括一种核-壳复合颗粒和纳米二氧化钛溶胶的原料在低温下制得。所述温度优选低于100℃。

根据本发明，所述聚合物选自沥青或树脂。

根据本发明，所述沥青选自煤沥青、石油沥青、煤焦油沥青和乳化沥青的一种或多种。

根据本发明，所述树脂选自呋喃树脂、脲醛树脂、嘧胺树脂、酚醛树脂、环氧树脂和聚甲基丙烯酸甲酯树脂的一种或多种。

根据本发明，所述沥青选自乳化沥青。

根据本发明，所述树脂选自酚醛树脂。

根据本发明，所述含有氧化石墨烯的氧化石墨通过石墨的氧化、超声分散而得。

根据本发明，所述石墨选自天然石墨、人造石墨的一种或多种；所述天然石墨选自鳞片状天然石墨或球状天然石墨；所述人造石墨选自鳞片状人造石墨。

根据本发明，所述石墨选自天然石墨。

根据本发明，所述核-壳复合颗粒中含有掺入的金属。

根据本发明，所述掺入的金属选自银。

根据本发明，纳米二氧化钛溶胶优选为锐钛矿型纳米二氧化钛溶胶，更优选为掺杂稀土离子或金属离子的锐钛矿型纳米二氧化钛溶胶；所述溶胶的粒径为10-30nm。

根据本发明，所述复合材料的原料中核-壳复合颗粒与纳米二氧化钛溶胶的重量比为(1～10):1。

本发明还公开了一种上述光催化材料的应用，其用于废水处理、气体净化、杀菌、自洁材料、染料敏化太阳能电池、化妆品和气体传感器等诸多领域。

本发明还公开了上述催化剂材料的制备方法，其包括以下的制备所述核-壳复合颗粒的步骤：

(1)氧化、超声分散石墨；

(2)任选地，金属的掺杂步骤以及

(3)步骤(1)或步骤(2)所得的产物用聚合物包覆。

根据本发明，所述掺入的金属选自锂、锡、镁、镍、银、锌、铜、铝和硼的一种或多种。

本发明的有益效果：

本发明的光催化材料具有极高的比表面积和高的光催化稳定性，对亚甲基蓝的降解效率高达99％，而且在20min内降解效率可达到90％以上。

具体实施方式

如上所述，本发明公开了一种光催化材料，包括一种核-壳复合颗粒和纳米二氧化钛溶胶，所述核-壳复合颗粒的内核为含有氧化石墨烯的氧化石墨，外壳为聚合物的热解产物。

所述颗粒具体的制备方法是：

(1)氧化、超声

将石墨原料加入强氧化剂中，搅拌氧化后，过滤洗涤，置于水溶液中，超声分散。

所述石墨选自天然石墨、人造石墨的一种或多种；所述天然石墨选自鳞片状天然石墨或球状天然石墨；所述人造石墨选自鳞片状人造石墨。所述强氧化剂选自浓氧化性酸、氧化性盐、双氧水等，所述浓氧化性酸如浓硫酸等，所述氧化性盐如高铁酸盐MFeO4、高锰酸钾、硝酸钠等，所述强氧化剂可以单独使用也可以混合使用。