[发明专利]降解水体中有机污染物的石墨烯基光复合催化剂及其制备方法

说明书

本发明提供了降解水体中有机污染物的石墨烯基光复合催化剂及其制备方法，将ZrO₂置于N₂和NH₃的混合气体氛围中发生反应，使NH₃气体受热后的N离子取代ZrO₂分子中少量的O原子，生成掺氮氧化锆，再在掺氮氧化锆中加入NaOH和AgNO₃，并在煅烧的情况下使氢氧化银或氧化银进行分解得到银，并将银与掺氮氧化锆经煅烧后得到了复合银‑掺氮氧化锆，最后将复合银‑掺氮氧化锆球磨至纳米级，然后经超声处理后附在石墨烯上，形成了石墨烯基复合银‑掺氮氧化锆催化剂，本发明利用掺杂非金属和掺杂异种金属的原理，有效减小二氧化锆的禁带宽度，并以石墨烯为基底，将复合银/掺氮氧化锆进行分散和负载，有效提高其催化活性。

技术领域

本发明属于光催化材料技术领域，具体来说是降解水体中有机污染物的石墨烯基光复合催化剂及其制备方法。

背景技术

光催化技术具有工艺简单，能耗低，操作条件容易控制和使污染物降解彻底的特点，因此被认为是具有良好发展前景的环保新技术。

20世纪70年代发现了TiO₂单晶电极，从而揭开了光催化反应的序幕，而TiO₂只对可见光响应，且TiO₂光催化剂电子-空穴复合快，电子利用率低，对键能大的工业有机污染物分子无法快速降解；另外还探索了带隙宽窄度在可见光区域具有吸收特性的非氧化物半导体，典型的有硫化镉、硒化镉等硫族金属化合物及有机材料等，但这些材料由于在光照下容易被氧化溶解，存在没有稳定的功能的问题。因此，希望研究开发在光照下其结构和光电化学特性都稳定的化合物作为光催化剂。

二氧化锆(ZrO₂)是一种耐高温、耐腐蚀的无机非金属材料，具有良好的稳定性和吸附性，且ZrO₂光催化剂电子-空穴复合慢，电子利用率高，但是它的禁带很宽，为5eV，ZrO₂的禁带宽度导致其光催化活性较低。所以，提高ZrO₂的光催化活性十分必要。

石墨烯拥有许多独特的结构和性质：(1)平面的杂化碳的结构，能够为其它附着的物质提供一个有力的支撑；(2)大的比表面积(～2600m²/g)，提供了更多的活性位点，利于底物的吸收和界面反应；(3)优异的电子传输性能，具有比硅高100倍的载流子迁移率(2×10⁵cm²/v)，能有效地抑制电子和空穴的复合。

现有技术中将石墨烯与二氧化锆进行复合有效提高了导电性和吸附性能，但是电子利用率仍然不高。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供降解水体中有机污染物的石墨烯基光复合催化剂及其制备方法，本发明利用掺杂非金属和掺杂异种金属的原理，以减小二氧化锆的禁带宽度，并以石墨烯为基底，将复合银/掺氮氧化锆进行分散和负载，有效提高其催化活性。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

降解水体中有机污染物的石墨烯基光复合催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将ZrO₂于N₂和NH₃的混合气体氛围中，在950-1200℃加热1-2h，冷却至室温，得到ZrO_2-xN_x型掺氮氧化锆；

(2)将步骤(1)得到的掺氮氧化锆先在N₂气氛中于400-500℃煅烧4-6h，研磨，然后将研磨后的掺氮氧化锆和物质的量浓度为5-10mol/L的NaOH溶液混合，在150-180℃下加热搅拌1-2h，再滴加物质的量浓度为5-10mol/L的AgNO₃溶液后继续反应0.5～1h，冷却至常温、过滤，并在无氧环境中干燥，最后将干燥后的固体于氮气氛围中在200-250℃下煅烧12-24h，得到复合银/掺氮氧化锆；