[发明专利]具有选择性光催化降解的胺功能化石墨烯/TiO2复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及具有选择性光催化降解的胺功能化石墨烯/TiO₂复合材料的制备方法。

背景技术

近年来，随着环境污染问题的日益严重，光催化降解有机污染物受到了越来越多的关注，因而如何更好地提高光催化降解效率变得十分重要。二氧化钛作为一种环保、稳定、无毒且廉价的光催化材料，具有广泛的应用前景。然而，二氧化钛禁带宽度较宽，只能吸收波长小于380nm以下的紫外光；而且TiO₂的光生电子和空穴极易在其内部复合，导致其量子效率不高，从而大大限制了二氧化钛在实际生产中的广泛应用。因此，如何改性TiO₂光催化材料以达到抑制光生电子-空穴的复合的目的成为当今一个具有挑战性的难题。其中，石墨烯或功能化石墨烯材料具有较高的比表面积以及优异的导电性能，可以作为一种改性TiO₂光催化剂的电子助剂，有效分离光生电子和空穴，提高TiO₂的量子效率。

迄今为止，石墨烯/TiO₂或功能化石墨烯/TiO₂复合光催化材料由于能够高效降解各种有机染料，因此受到广大研究者的广泛重视。然而，相对于传统的无选择性光催化降解的光催化材料，发展具有选择性降解特定染料的光催化材料具有更大的实际应用价值。当前，关于选择性光催化降解的研究仍十分有限，这主要是由于非均相光催化一直以来都被认为是非选择性的氧化过程，尤其在以水为介质的反应体系。但是，最近的研究进展表明，光催化选择性过程可以通过选择合适的光催化剂和适当的反应条件，以达到有效选择性降解特定染料的作用，尤其是剧毒、难降解的偶氮类染料。因此，如何通过改性光催化剂或者优化反应条件以达到选择性降解特定染料的研究引起了越来越多研究者的关注。然而据我们所知，目前还没有关于利用胺功能化石墨烯对TiO₂光催化材料进行表面修饰，从而使TiO₂光催化剂能够选择性降解偶氮染料的相关报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术，提出了一种具有选择性光催化降解的胺功能化石墨烯/TiO₂复合材料的制备方法，主要是通过胺功能化石墨烯对二氧化钛表面进行改性，从而使制备的石墨烯/TiO₂光催化材料具备选择性降解偶氮染料的能力。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：具有选择性光催化降解的胺功能化石墨烯/TiO₂复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1)将0.2g商业P25TiO₂粉末加入到10mL的0.2mg/mL氧化石墨烯溶液中，搅拌均匀使其形成稳定的悬浮溶液，其中氧化石墨烯与TiO₂的质量比为1wt％；

2)将步骤1)配置的悬浮液转移到水热釜中，于100-200℃下恒温水热反应1-15h，即得还原石墨烯修饰的二氧化钛复合材料；

3)将步骤2)所得还原石墨烯修饰的二氧化钛复合材料均匀分散到苯胺的乙醇溶液中进行浸渍处理，其中苯胺与氧化石墨烯的质量比为1:1-80:1；

4)在搅拌下，将步骤3)得到的混合溶液于10-80℃浸渍处理0.5-10h，所得的产物分别经醇和水洗涤三次后，于30-120℃恒温干燥，即得具有选择性光催化降解的胺功能化石墨烯/TiO₂复合材料。

按上述方案，步骤2)所述的水热反应温度为140-180℃，水热反应时间为6-10h。

按上述方案，步骤3)所述的苯胺与氧化石墨烯的质量比为25:1-50:1。

按上述方案，步骤4)所述的浸渍温度为30-60℃，浸渍时间为3-7h。

按上述方案，步骤4)所述的干燥温度为60-80℃。

本发明提出一种先通过水热法在TiO₂表面修饰还原石墨烯(rGO)，即制备了还原石墨烯二氧化钛(rGO-TiO₂)复合材料，再通过浸渍法在rGO表面修饰苯胺，从而制备了具有选择性降解偶氮类染料的苯胺功能化的还原石墨烯二氧化钛(PhNH₂/rGO-TiO₂)复合材料。