[发明专利]一种泡沫镍负载氧化亚铜复合氧化石墨烯光催化剂的制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种泡沫镍负载氧化亚铜复合氧化石墨烯光催化剂的制备方法和应用，包括以下步骤：制备氧化石墨烯，超声得到氧化石墨烯分散体系；将三维泡沫镍经丙酮浸泡1h，再用1mol/L盐酸处理10min，然后再超声水洗，将超声水洗后的三维泡沫镍浸泡在步骤1)得到的氧化石墨烯分散体系中4～6min后，取出并在空气中晾干，得到氧化石墨烯@泡沫镍复合材料；以氧化石墨烯@泡沫镍复合材料作为工作电极，铂电极为辅助电极，甘汞电极为参比电极，以0.1M的CH₃COONa和0.02M的CuSO₄的混合溶液为支持电解质，进行恒电位沉积得到三维泡沫镍负载氧化亚铜复合氧化石墨烯光催化剂，本发明具备工艺简单，反应条件温和、反应时间短且能回收利用的特点。

技术领域

本发明属于光催化剂技术领域，具体涉及一种泡沫镍负载氧化亚铜复合氧化石墨烯光催化剂的制备方法和应用。

背景技术

随着石化能源需求量的大幅增加，聚合物驱油在三次采油中得到了广泛的应用。聚合物驱的广泛应用不仅创造了巨大的经济收益，同时也引发了严重的环境危机。聚合物驱采油废水中不仅含油量高，而且含有大量的聚合物。聚合物的存在不仅增加了污水处理的难度，同时也会在管道器械内引起磨损甚至造成水源中毒。目前，HPAM的降解方式主要有光催化降解、机械降解、热降解、生物降解等，但大多数工艺对HPAM降解能力较差，还要消耗大量能源，也有可能引起二次污染。多相光催化氧化法，是一种理想的降解HPAM的环境污染治理技术。性能优良的光催化剂更是光催化领域研究的热点。虽然Cu₂O的光电性能不易控制，但其在可见光区有宽吸收带600nm)，且具有无毒、较高的光电理论转化效率(可高达18％)，以及制备成本低廉的优点，使其成为一种理想的可见光催化材料。氧化石墨烯是一种新型的二维碳材料，其带隙几乎为零，具有导电性高，比表面积大等优点，其巨大的比表面积既能提高对反应物的吸附量，又能为催化反应提供更多反应位。石墨烯作为光催化剂的载体，其二维平面结构有利于提高催化剂的分散程度。将Cu₂O与石墨烯复合，能有效俘获光生电子，提高了光生电子-空穴对的分离效率，可以使得光催化剂的量子效率得到提高，是一种性能优良的可见光光催化剂。目前已有许多研究致力于将Cu₂O与石墨烯复合来提高Cu₂O光催化效率。An等人(Cu₂O/Reduced Graphene Oxide Composites for thePhotocatalytic Conversion of CO₂,ChemSusChem 2014,7,1086-1093)采用微波法制备了Cu₂O/rGO复合光催化剂，但微波反应时间较长3h)，反应温度(150℃)较高。Tran等人(Phong D.Tran,Sudip K.Batabyal,Stevin S.Pramana,James Barber,Lydia H.Wong,SayChye Joachim Loo,A cuprous oxide–reduced graphene oxide(Cu₂O-rGO)compositephotocatalyst for hydrogen generation:employing rGO as an electron acceptorto enhance the photocatalytic activity and stability of Cu₂O,Nanoscale,2012,4,3875-3878)、Tu等人(Kai Tu,Qiyang Wang,Ang Lu,Lina Zhang,Portable Visible-Light Photocatalysts Constructed from Cu₂O Nanoparticles and Graphene Oxidein Cellulose Matrix,J.Phys.Chem.C 2014,118,7202-7210)和Gao等人(Zhiyong Gao,Junli Liu,Fang Xu,Dapeng Wu,Zhuangli Wu,Kai Jiang,One-pot synthesis ofgrapheneecuprous oxide composite with enhanced photocatalytic activity,SolidState Sciences 2012,14,276-280)先在碱液中制备Cu(OH)₂，再分别以葡萄糖、水合肼和抗坏血酸为还原剂，通过化学还原，制备了Cu₂O/rGO复合光催化剂。这种方法制备的Cu₂O/rGO复合材料能提高了光生电子空穴的分离效率，展现出了良好的光催化性能，但制备程序复杂，反应时间长。这些可见光催化剂均为粉状固体，虽然对废水中的有机污染物有较高的降解率，但在降解过程中因漂浮无法沉降，很难回收再利用，带来了二次污染，增加了催化剂和废水的分离成本，限制了其在工业化应用。