[发明专利]一种高稳定性TiO2

说明书

本发明提出了一种高稳定性TiO₂纳米带‑RGO‑多孔氮化碳复合光催化剂及其制备方法：首先称0.2‑10 g P25于10‑50 mL 10 M NaOH溶液中，搅拌0.5‑1 h，在200‑600转/min搅拌条件下，120‑180^oC水热反应24‑72 h，冷却，1‑3 M HCl洗涤0.5‑1 h，水洗3‑5次至中性，50‑80^oC干燥12‑24 h，制得TiO₂纳米带；其次，取1‑10mL 2mg/mL氧化石墨烯溶液至20‑29mL水和乙醇的混合溶剂中（V水:V乙醇=2:1），超声0.5‑1 h，搅拌加入0.1‑0.5g TiO₂纳米带，超声5‑20 min，搅拌1‑3 h，150‑250 ^oC水热反应5‑10 h，冷却，离心，水洗3‑5次，50‑80^oC干燥12‑24 h，制得TiO₂纳米带‑RGO；然后，称5‑10g尿素，在0.5‑1.2mL/min氮气下400‑600^oC下焙烧1‑4 h，研磨，制得Pg‑C₃N₄；最后，称0.02‑0.5g TiO₂纳米带‑RGO和0.1‑0.3g Pg‑C₃N₄研磨均匀，在0.5‑1.2mL/min氮气下400‑600^oC下焙烧1‑4 h，制得TiO₂纳米带‑RGO‑Pg‑C₃N₄。

技术领域

本发明属于半导体光催化剂领域，具体涉及一种高稳定性TiO₂纳米带-RGO-多孔氮化碳复合光催化剂的制备方法。

背景技术

光催化技术是一种最有开发前景的“环境友好型”的水处理技术，在太阳光的作用下，能将有机污染物降解成无毒的二氧化碳和水^[1]。虽然常规使用的TiO₂光催化剂具有物理化学性质稳定性，低成本，无毒和高催化活性等特点，但它只能吸附紫外光，且光生电子-空穴易复合，量子效率较低，在实际使用中有很大的局限性。因此，研究开发稳定、低成本、可见光响应的高活性光催化剂是光催化领域研究的重点和热点。本发明选择二氧化钛、氮化碳、石墨烯三个性质相对稳定、成本低的材料作为复合材料的组分，利用各自优势组装出性能优越的高稳定性复合光催化剂。到目前为止，已有5篇文献报道把这三个材料组合在一起，并应用染料等有机污染物的去除研究，取得了较好的效果。例如，Liu^[1]课题组用尿素在550^oC空气中焙烧4h，制得氮化碳（g-C₃N₄），然后在水中与氧化石墨（GO）一起超声、然后加入自制的过氧钛酸（钛源），回流，干燥、氮气保护下煅烧制得g-C₃N₄-RGO-TiO₂三元复合材料，并应用于亚甲基蓝（MB）的光催化降解，其光催化降解MB的速率分别是g-C₃N₄和g-C₃N₄-TiO₂的4.7倍和3.2倍，催化活性有一定的提升。Huang^[2]课题组用三聚腈胺制备块状氮化碳，再与氧化石墨和钛酸异丙酯进行溶剂热反应，合成了g-C₃N₄-TiO₂-RGO三元复合材料，并用于可见光降解甲基橙，其催化降解去除率相对于g-C₃N₄-TiO₂只提高了10%。Hafeez课题组^[3]采用超声辅助浸渍法把g-C₃N₄-TiO₂负载至RGO，光催化水制氢的效率提高了2.5倍。Li课题组^[4]以自制的氮化碳微球、氧化石墨和钛酸丁酯为原料，两步水热合成了TiO₂-g-C₃N₄微球-RGO复合材料，相对于TiO₂-g-C₃N₄微球，其光催化还原Cr (VI)效率提高近30%。Zhang^[5]以g-C₃N₄、氧化石墨和钛酸丁酯为原料，一步水热法把g-C₃N₄-TiO₂负载至GA（GA为石墨烯），相对于TiO₂-GA，三元复合光催化剂光催化降解罗丹明B的去除率提高了10%。虽然这三个组分已经组合成复合材料，但是，一方面制备的三元复合材料相对于g-C₃N₄-TiO₂或TiO₂-GR催化活性提高比例不高，其主要原因是三元材料属于无序组装杂化材料。另一方面，制备的三元复合材料稳定性有待改进。为了解决这两个问题，本发明首先对三元复合材料中的二氧化钛和氮化碳形貌进行控制，提高它们的催化活性，因二氧化钛为带状结构，光生电子空穴复合率低，氮化碳为多孔结构，比表面积大和活性位点多。其次，三个材料的组装方法是全新的，属有序组装，先在带状二氧化钛表面制备一层还原氧化石墨烯，然后再和多孔氮化碳结合，制备了结构有序的TiO₂纳米带-RGO-Pg-C₃N₄，在带状二氧化钛和多孔氮化碳（Pg-C₃N₄）之间组装了一层还原氧化石墨烯，使得TiO₂纳米带和Pg-C₃N₄稳定组装在一起，且还原氧化石墨烯可起到电子导体作用和有机污染物的吸附剂。最后，把制备的三元复合材料应用于雌激素活性最强的17α-乙炔雌二醇（EE2）的去除。