[发明专利]一种壳聚糖基石墨烯/TiO2

说明书

本发明涉及一种壳聚糖基石墨烯/TiOsubgt;2/subgt;复合微球及其制备方法。该微球以氧化石墨烯(GO)和钛酸四丁酯为原料，以含有多个极性官能团的小分子有机酸做钛原的水解抑制剂和氧化石墨烯的表面活性剂，通过溶胶‑凝胶原位生长法制备TiOsubgt;2/subgt;/rRO光催化材料，再通过静电吸附和交联作用负载到掺杂聚乙烯醇(PVA)的壳聚糖(CS)上，制备的壳聚糖基石墨烯/TiOsubgt;2/subgt;复合微球(TiOsubgt;2/subgt;/rGO@PVA/CS)，不仅对难降解有机废水吸附处理效率高、对吸附的高分子有机污染物催化降解能力强，材料本身还具有较好的强度，适合工业生产应用。

技术领域

本发明属于废水处理领域，涉及一种壳聚糖基石墨烯/TiO₂复合微球及其制备方法。

背景技术

能源危机和环境问题是目前困扰人类发展的两大难题。以印染工业为例，每印染加工1t纺织品耗水量高达100～200t，印染废水一直以水量大、有机染料难降解、处理成本高而著称。在污废水处理过程中，吸附处理能大幅度提高出水水质、降低后续处理难度。因此吸附材料在水处理中占有有举足轻重的地位。此外，光催化降解是低成本处理有机废水的重要出路之一，获得高效的光催化剂是处理技术的关键。TiO₂具有价格低廉、催化活性高及稳定无毒等优点，是目前应用最为理想的一种光催化材料。但由于TiO₂本身带隙较宽，只能被短波长的紫外光(λ387nm)激发，对太阳光利用率低，且光生电子空穴复合率高，量子效率低，这些缺陷严重影响了TiO₂光催化材料的实际应用。此外，还要考虑TiO₂光催化材料的负载，以满足方便与处理体系分离和重复使用。

石墨烯是一种由碳原子组成的蜂巢状结构二维材料，具有极好的透光性、极高的电子迁移率和巨大的比表面积。将石墨烯与TiO₂复合，其高导电性不仅可促进TiO₂的光生电子与光生空穴分离，提高光催化活性，而且可以调控TiO₂的禁带宽度，将可利用光谱由紫外光扩大到可见光。氧化石墨烯是石墨通过氧化还原法制备石墨烯的中间产物，由于片层表面引入许多含氧官能团，如-OH、-COOH及环氧基团。相比于石墨烯，氧化石墨烯在水中形态更舒展，与TiO₂的相容性更好。

在众多石墨烯/TiO₂复合材料制备方法中，溶胶-凝胶法应用比较广泛。但由于常用的钛酸四丁酯等钛原极易水解，导致最终生成的TiO₂纳米粒子易在石墨烯表面褶皱和边缘处形成团簇，从而影响催化性能。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种壳聚糖基石墨烯/TiO₂复合微球的制备方法，该方法可以制备出荷正电、兼具优异吸附性能和光催化降解的吸附材料，可对有机废水进行快速吸附和光催化降解性能处理，从而实现低成本、高效催化降解处理工业有机废水。

本发明的另一目的在于提供上述制备方法制备的壳聚糖基石墨烯/TiO₂复合微球。

为了实现上述目的，本发明提供一种壳聚糖基石墨烯/TiO₂复合微球的制备方法，包括如下步骤：

1)将钛酸四丁酯加入到无水乙醇中，混匀；再以2～3滴/s的速度滴入小分子有机酸的乙醇溶液，然后以功率400～600w超声分散5～10min；加入氧化石墨烯，摇匀并继续超声分散20min后，以1ml/min的速度在超声下缓慢滴加去离子水，密封后摇匀并持续超声0.5h，得到石墨烯/TiO₂凝胶；