[发明专利]一种高效降解重金属离子的石墨烯量子点负载钒酸铋纳米复合材料制备方法

说明书

本发明属于有机‑无机纳米复合材料制备领域，涉及一种高效降解重金属离子的石墨烯量子点负载钒酸铋纳米复合材料制备方法，通过组合石墨烯量子点、钒酸铋和聚多巴胺，利用聚多巴胺的粘附性且含有大量的羟基亲水性基团成功制得钒酸铋纳米片@聚多巴胺核壳结构并在此基础上构建新型石墨烯量子点负载的钒酸铋纳米复合材料，大大提高了钒酸铋的应用范围。利用本发明制备的钒酸铋纳米复合材料可以高效降解重金属离子，能广泛应用于染料、重金属及微生物污染水体的净化上。

技术领域

本发明属于有机-无机纳米复合材料制备领域，涉及一种高效降解重金属离子的石墨烯量子点负载钒酸铋纳米复合材料制备方法。

背景技术

二维铋系材料集成了二维结构材料和铋系化合物的优点，兼具可见光吸收和较高的催化活性，这为发展高效的可见光光催化材料提供了重要的基础，近年来，研究较多的二维铋系材料主要有钨酸铋，钒酸铋，卤氧化铋等。钒酸铋（BiVO₄）自1998年被Kudo等人首次报道了在可见光下能够光解水产氧以来，这二十几年间在可见光光催化领域得到了长足的发展。尽管二维钒酸铋能在可见光下有一定的降解能力，但仍存在量子效率低和对太阳能的利用效率低的问题。专利CN103962146A公开了一种氧化铁改性的多孔钒酸铋纳米片光催化剂的制备方法，该技术制得的复合光催化剂在可见光下降解罗丹明B和苯酚表现出比未经氧化铁改性的多孔钒酸铋纳米片更好的活性。

由于其优异的粘附性能，聚多巴胺（PDA）作为一种材料表面修饰材料近年来引起了越来越多研究者的关注，它表面含有邻苯醌、羧基、氨基、苯酚和亚胺等多种官能团对金属离子有着极高的吸附性能，可用于污水处理、环境保护等领域。专利CN110042407A公开了一种磷酸钴-聚多巴胺-钒酸铋三元复合光电极的制备方法，该方法制备的复合光电极具有良好的化学稳定性，光电化学性能好，光电转换效率高达27%。

发明内容

本发明的目的在于提供一种简单、节能绿色无污染的高效降解重金属离子的石墨烯量子点负载钒酸铋纳米复合材料制备方法，以二维BiVO₄纳米片为基底，表面均匀包覆PDA壳层并负载GQDs，大大提高了BiVO₄的应用范围。该技术具有方法简单、节能绿色无污染等优点，所得材料既具有二维材料的大比表面积和2D平面两侧的开放式结构，又具有好的粘附性，优良的荧光性能及良好的生物相容性，可被用于催化、吸附、生物医药等领域。目前还没有关于该类技术的报道，这为新材料的发展探索出一条新的道路。

本发明目的是这样实现的：一种高效降解重金属离子的石墨烯量子点负载钒酸铋纳米复合材料制备方法，其关键在于，将盐酸多巴胺和GQDs/BiVO₄样品按照质量比为：盐酸多巴胺: GQDs/BiVO₄ =1:10~50加入到反应容器中，并加入20 mL三羟甲基氨基甲烷盐酸盐（Tris-HCl）缓冲液中，60℃搅拌6~24h，得到目标产物GQDs负载的钒酸铋纳米复合材料。

更具体的是，具体步骤如下：

步骤1：称量30mg 三羟甲基氨基甲烷盐酸盐（Tris-HCl）溶于20mL 去离子水中，配置成10mM，pH=8.5的三羟甲基氨基甲烷盐酸盐（Tris-HCl）缓冲液；

步骤2：称量40mg盐酸多巴胺粉末加入上述溶液中，超声振荡形成2mg/mL的盐酸多巴胺Tris-HCl缓冲液；

步骤3：称量0.4~2 g GQDs/BiVO₄样品，溶于步骤2所得缓冲液中，置于油浴锅内，60℃搅拌6~24h；

步骤4：将步骤3所得溶液冷却到室温后，将所得产品分离、洗涤和干燥，即得目标产物GQDs负载的钒酸铋纳米复合材料（标记为GQDs/BiVO₄@PDA）。

更具体的是，GQDs/BiVO₄的制备步骤如下：