[发明专利]一种用于降解VOCs的铁修饰TiO2/GO三元复合材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种用于降解VOCs的铁修饰TiO₂/GO复合材料的制备方法。利用一步微波辅助水热法，将氯化铁（FeCl₃）、GO与硫酸钛（Ti(SO₄)₂）充分混合，放入反应釜，在微波辅助下，水热反应制备铁修饰二氧化钛/石墨烯Fe‑TiO₂/GO复合材料。将复合材料作为光催化装置中的填料和辅助材料，进行光催化降解挥发性有机气体VOCs。Fe和GO的加入使TiO₂催化性能及降解效率大幅提高，制备步骤简单，大幅缩短了反应时间。

技术领域

本发明涉及一种用于降解VOCs的铁修饰TiO₂/GO复合材料的制备方法，属于半导体光催化技术领域。

背景技术

二氧化钛（TiO₂）是一种常用的高效、无毒无害、便宜易得、耐污染性强的光化学催化剂，并且独特的电子及能带结构可以与有机污染物发生氧化还原反应，催化降解挥发性有机气体VOCs为CO₂和H₂O，是一种处理挥发性有机气体的绿色环保的材料。但是因为TiO₂在催化过程中光生载流子复合率高，光谱吸收分布在紫外区，对太阳能的利用率低、对污染物吸附能力差、有效接触面积不充分等局限性制约了其在实际应用的效果。

为解决上述技术方面的问题，本发明利用微波辅助水热法一步制备铁修饰二氧化钛/石墨烯复合材料（Fe-TiO₂/GO），工艺简单易行，大幅缩短水热反应时间。GO的添加可以增加光生载流子分离效率，提高催化剂吸附性能，增加VOCs与TiO₂接触几率，提高催化降解效率，Fe使光吸收带隙从紫外光区拓展至可见光区，使TiO₂可以在可见光下进行光催化反应，催化降解挥发性有机气体。制备的光催化复合材料可以作为光催化降解装置的填料和辅助催化剂，添加到光催化反应装置上，提高挥发性有机气体的催化降解效率。

发明内容

本发明提供了一种用于降解VOCs的铁修饰TiO₂/GO复合材料的制备方法，为解决TiO₂光催化效率较低的问题，研究了铁修饰TiO₂/GO复合材料的制备方法。将GO溶解于去离子水中，得到GO分散液。以硫酸钛（Ti(SO₄)₂）作为前驱体，氯化铁（FeCl₃）和GO分别与Ti(SO₄)₂溶液混合，得到混合液。将混合液倒入内衬聚四氟乙烯的反应釜中，用微波辅助反应。反应结束后，取出反应釜里面的悬浮液，洗涤干燥，即得Fe-TiO₂/GO复合材料。

GO水溶液超声处理20-30 min，同时进行磁力搅拌1-2 h，直到GO完全分散溶解。将Ti(SO₄)₂与GO按质量比m(GO):m(Ti(SO₄)₂)=6%-20%混合，在磁力搅拌器上搅拌60-90 min，充分混合，然后按照摩尔比为n(FeCl₃):n(Ti(SO₄)₂) =0.2%-0.8%的比例添加FeCl₃，混合均匀。将混合液倒入内衬聚四氟乙烯的反应釜中，在1-5 MPa压力下，水热温度180-260 ℃，用微波辅助反应6-10 h。反应完毕取出的悬浮液用60-100 ml去离子水离心洗涤，用真空干燥箱在60-90 ℃条件下干燥20-24 h。将复合材料作为光催化装置中的填料和辅助材料，进行光催化降解挥发性有机气体VOCs。

附图说明

图1为铁修饰TiO₂/GO复合材料结构示意图。

图2为铁修饰TiO₂/GO复合材料扫描电镜图。

具体实施方案

称量GO 10 mg，溶解于30 ml的去离子水中，对溶液进行超声处理1 h，得到GO分散液。称量100 mg的Ti(SO₄)₂，与GO分散液混合，置于磁力搅拌器上，搅拌1 h，使Ti(SO₄)₂与GO充分混合，称量10 mg FeCl₃加入到混合液中，搅拌2.5 h，混合均匀，将所得混合液缓慢倒入内衬聚四氟乙烯的反应釜中，在2 MPa的压力，反应温度210 ℃，在微波辅助下进行水热反应8 h，待反应完毕自然冷却降到室温后，取出反应釜里面的悬浮液，用60 ml去离子水洗涤离心后，置于真空干燥箱内，在80℃下干燥24 h，即得Fe-TiO₂/GO复合材料。将复合材料作为光催化降解装置的光催化填料参与降解VOCs气体。