本發(fā)明涉及氧化石墨烯/二氧化鈦光催化復(fù)合材料前驅(qū)體的制備方法，具體屬于光催化反應(yīng)
技術(shù)領(lǐng)域：
。
背景技術(shù)：
：隨著現(xiàn)如今工業(yè)的飛速發(fā)展，環(huán)境污染日益嚴(yán)重，如工業(yè)廢水有毒、有害、難降解等，而傳統(tǒng)處理方式已無(wú)法滿足當(dāng)今社會(huì)對(duì)環(huán)境友好的需求。光催化技術(shù)作為一種新的環(huán)境污染治理技術(shù)，在去除有機(jī)污染物方面有著重大突破，尋找能有效催化降解有機(jī)污染物的環(huán)保型催化劑成為迫切的課題。Ti02為n型半導(dǎo)體催化劑，具有化學(xué)穩(wěn)定性高、耐腐蝕、催化活性好、對(duì)人體無(wú)毒害等諸多優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛地用作光催化劑。在紫外燈的照射下，TiO2會(huì)產(chǎn)生電子與空穴對(duì)，具有很強(qiáng)的還原性和氧化性，可將吸附在光催化劑表面的有機(jī)污染物深度氧化，最終生成C02和H20等無(wú)害物質(zhì)，使得其在難降解污染物的處理方面得到廣泛應(yīng)用。當(dāng)前，納米TiO2在光催化反應(yīng)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，對(duì)其期待和要求也越來(lái)越高。改性后的納米TiO2光觸媒能夠有效的降解大部分有機(jī)污染物，降解效率也在不斷的提高中。然而，如何將這些納米TiO2光觸媒粉體有效的在生產(chǎn)實(shí)際中應(yīng)用面臨著較大的困難:粉體納米TiO2直接應(yīng)用到污染廢水的處理中利用率低，還可能造成二次污染。解決該問(wèn)題的最好辦法是將納米TiO2負(fù)載到纖維等載體上,在重復(fù)使用的同時(shí)，提高利用率。目前，負(fù)載納米TiO2的主要方法包括溶膠凝膠、有機(jī)鈦前驅(qū)體法等，其中有機(jī)鈦前驅(qū)體法的效率最高，最容易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。但是，該前驅(qū)體的制備需要無(wú)水無(wú)氧環(huán)境，產(chǎn)物分子量較低，且負(fù)載納米TiO2的活性不容易調(diào)控。為了解決上述問(wèn)題，研究一種能夠制備有效負(fù)載納米TiO2的光催化復(fù)合材料前驅(qū)體法的方法，顯得尤為必要。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種氧化石墨烯/二氧化鈦光催化復(fù)合材料前驅(qū)體的制備方法，能夠制備得到均勻負(fù)載二氧化鈦的光催化復(fù)合材料前驅(qū)體。為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：氧化石墨烯/二氧化鈦光催化復(fù)合材料前驅(qū)體的制備方法，包括以下步驟：S1、氧化石墨烯/鈦酸四丁酯復(fù)合材料的制備；S2、氧化石墨烯/二氧化鈦復(fù)合材料的制備。進(jìn)一步地，前述氧化石墨烯/二氧化鈦光催化復(fù)合材料前驅(qū)體的制備方法，包括以下步驟：S1、氧化石墨烯/鈦酸四丁酯復(fù)合材料的制備：將氧化石墨烯均勻分散在鈦酸四丁酯和無(wú)水乙醇的混合溶液中，紫外光照即得；S2、氧化石墨烯/二氧化鈦復(fù)合材料的制備：將S1制備得到的氧化石墨烯/鈦酸四丁酯復(fù)合材料通過(guò)水熱法制備得到氧化石墨烯/二氧化鈦復(fù)合材料。前述氧化石墨烯/二氧化鈦光催化復(fù)合材料前驅(qū)體的制備方法中，步驟S1、氧化石墨烯/鈦酸四丁酯復(fù)合材料的制備，包括以下步驟：S1.1、取氧化石墨烯、鈦酸四丁酯和無(wú)水乙醇加入石英管中，攪拌均勻，通入氮?dú)夂竺芊猓籗1.2、在攪拌條件下放入光化學(xué)反應(yīng)儀中，用紫外光照后，過(guò)濾、洗滌后即得。其中，過(guò)濾采用使用真空抽濾機(jī)及聚四氟乙烯濾膜(0.45μm，油相)進(jìn)行過(guò)濾，洗滌可以洗去未與氧化石墨烯反應(yīng)的鈦酸四丁酯。具體地，前述氧化石墨烯/二氧化鈦光催化復(fù)合材料前驅(qū)體的制備方法中，步驟S1、氧化石墨烯/鈦酸四丁酯復(fù)合材料的制備，包括以下步驟：S1.1、取氧化石墨烯、鈦酸四丁酯和無(wú)水乙醇加入石英管中，攪拌均勻，通入氮?dú)?～4分鐘后密封；S1.2、在攪拌條件下放入光化學(xué)反應(yīng)儀中，用紫外光照1～2h后，過(guò)濾、無(wú)水乙醇洗滌后即得。前述氧化石墨烯/二氧化鈦光催化復(fù)合材料前驅(qū)體的制備方法，步驟S1.1中，按照料液比，氧化石墨烯︰鈦酸四丁酯︰無(wú)水乙醇＝0.003～0.005g︰30～40mL︰0.5～0.8g。前述氧化石墨烯/二氧化鈦光催化復(fù)合材料前驅(qū)體的制備方法中，步驟S2、氧化石墨烯/二氧化鈦復(fù)合材料的制備，包括以下步驟：取S1制備得到的氧化石墨烯/鈦酸四丁酯復(fù)合材料、去離子水和無(wú)水乙醇加入反應(yīng)釜內(nèi)襯中，隨后放入真空反應(yīng)釜中，在200℃～250℃下反應(yīng)4～6h，干燥后即得。具體地，前述氧化石墨烯/二氧化鈦光催化復(fù)合材料前驅(qū)體的制備方法中，步驟S2、氧化石墨烯/二氧化鈦復(fù)合材料的制備，包括以下步驟：取S1制備得到的氧化石墨烯/鈦酸四丁酯復(fù)合材料、去離子水和無(wú)水乙醇加入反應(yīng)釜內(nèi)襯中，隨后放入真空反應(yīng)釜中，在200℃下反應(yīng)4h，干燥后即得。前述氧化石墨烯/二氧化鈦光催化復(fù)合材料前驅(qū)體的制備方法中，按照體積比，去離子水︰無(wú)水乙醇＝1～5︰10～50。本發(fā)明選擇以鈦酸四丁酯為鈦源，以氧化石墨烯為碳源，復(fù)合得到氧化石墨烯/二氧化鈦光催化復(fù)合材料前驅(qū)體。利用氧化石墨烯的超分子片層結(jié)構(gòu)，將鈦酸四丁酯鍵合到氧化石墨烯表面進(jìn)而形成超分子結(jié)構(gòu)。紫外光照射下鈦酸四丁酯能夠形成2D片層結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的形成有利于鈦酸四丁酯在氧化石墨烯上的鋪展和負(fù)載。在該超分子上的酯鍵能夠在處理過(guò)的纖維表面進(jìn)行鍵合、大面積包覆。同時(shí)，氧化石墨烯的引入有效的提高了光催化性能。此外，在紫外光照下，氧化石墨烯部分還原為還原氧化石墨烯。圖1是氧化石墨烯/鈦酸四丁酯復(fù)合材料的紅外譜圖。圖中曲線1和2分別指將鈦酸四丁酯，氧化石墨烯和乙醇按比例加入石英管中所得混合液，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下紫外光照射后以及未進(jìn)行光照后所得產(chǎn)物的紅外譜圖。由圖中可以看出，曲線1中，經(jīng)過(guò)紫外光照后，C＝O鍵、C-OH鍵及C-O鍵呈現(xiàn)出明顯減小甚至消失的情況，氧化石墨烯與鈦酸四丁酯發(fā)生反應(yīng)。而在600cm-1附近出現(xiàn)了Ti-O-Ti鍵伸縮振動(dòng)峰，表明在紫外光照的條件下，鈦源產(chǎn)生光電子，將氧化石墨烯/鈦酸四丁酯復(fù)合材料中氧化石墨烯部分還原為還原氧化石墨烯，同時(shí)鈦酸四丁酯與氧化石墨烯之間存在Ti-C鍵的作用。說(shuō)明經(jīng)過(guò)紫外光照射后，鈦酸四丁酯與氧化石墨烯復(fù)合效果顯著。表1為氧化石墨烯/二氧化鈦光催化復(fù)合材料前驅(qū)體的元素分析表?？梢钥闯觯谑┍砻嬉呀?jīng)負(fù)載了二氧化鈦粒子，表明鈦酸四丁酯已經(jīng)成功的負(fù)載于氧化石墨烯片層上。表1元素wt％原子百分比C47.5868.69O17.1018.53Ti35.3212.78總量:100.00100.00通過(guò)EDS/SEM對(duì)本發(fā)明的氧化石墨烯/二氧化鈦光催化復(fù)合材料前驅(qū)體進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如圖2所示。由圖2中可以看出，二氧化鈦均勻分散在氧化石墨烯中。本發(fā)明還具有良好的涂覆性，比起粉末狀的光催化劑，分散均勻的氧化石墨烯/二氧化鈦光催化復(fù)合材料前驅(qū)體能夠直接涂覆在石英纖維表面，有效解決了粉末狀材料在后續(xù)降解應(yīng)用方面利用率低的問(wèn)題，提高了二氧化鈦光催化劑的利用率，應(yīng)用范圍廣。本發(fā)明的有益之處在于：本發(fā)明提供的氧化石墨烯/二氧化鈦光催化復(fù)合材料前驅(qū)體的制備方法，能夠制備得到均勻負(fù)載二氧化鈦的光催化復(fù)合材料前驅(qū)體。前驅(qū)體中TiO2和氧化石墨烯實(shí)現(xiàn)了有機(jī)復(fù)合，二氧化鈦粒子均勻地負(fù)載在氧化石墨烯片層中，氧化石墨烯的引入起到了負(fù)載TiO2粒子和提高二氧化鈦光催化活性的雙重作用，有效提升TiO2光催化劑的光降解效率，在紫外光作用下二氧化鈦能夠?qū)⒂袡C(jī)污染物降解為無(wú)機(jī)物。與當(dāng)前技術(shù)相比，本發(fā)明方法制備的前驅(qū)體材料不僅能夠克服TiO2分散不均勻的問(wèn)題，還有效的增加了光催化劑的接觸面積，提高催化效率，提升了光觸媒的降解性能。此外，本發(fā)明的前驅(qū)體材料還具有優(yōu)異的涂覆功能，比起粉末狀的光催化劑，分散均勻的石墨烯/TiO2光催化復(fù)合材料前驅(qū)體能夠直接涂覆在石英纖維表面，提高利用率。本發(fā)明方法制備的前驅(qū)體材料可直接應(yīng)用于污染物處理及家庭清潔等領(lǐng)域。本發(fā)明的制備方法步驟簡(jiǎn)單，易操作，制備條件溫和易控制，效率高。附圖說(shuō)明圖1是本發(fā)明的氧化石墨烯/二氧化鈦光催化復(fù)合材料前驅(qū)體的紅外圖；圖2是氧化石墨烯/二氧化鈦光催化復(fù)合材料前驅(qū)體的SEM圖；圖中附圖標(biāo)記含義：圖1：1-紫外光照射，2-未光照；圖2：(1)-氧化石墨烯/二氧化鈦復(fù)合材料，(2)-氧化石墨烯分布圖，(3)-鈦元素分布圖；(4)-氧元素分布圖。具體實(shí)施方式以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的介紹。本發(fā)明中所用試劑均為市售產(chǎn)品，分析純。實(shí)施例1一種氧化石墨烯/二氧化鈦光催化復(fù)合材料前驅(qū)體的制備方法，包括以下步驟：S1、氧化石墨烯/鈦酸四丁酯復(fù)合材料的制備，包括以下步驟：S1.1、按照料液比，氧化石墨烯︰鈦酸四丁酯︰無(wú)水乙醇＝0.003g︰30mL︰0.5g，取氧化石墨烯、鈦酸四丁酯和無(wú)水乙醇加入石英管中，攪拌均勻，通入氮?dú)?分鐘后密封；S1.2、在攪拌條件下放入光化學(xué)反應(yīng)儀中，用紫外光照2h后，過(guò)濾、無(wú)水乙醇洗滌后即得。S2、氧化石墨烯/二氧化鈦復(fù)合材料的制備，包括以下步驟：按照體積比，去離子水︰無(wú)水乙醇＝1︰50，取S1制備得到的氧化石墨烯/鈦酸四丁酯復(fù)合材料、去離子水和無(wú)水乙醇加入反應(yīng)釜內(nèi)襯中，隨后放入真空反應(yīng)釜中，在200℃下反應(yīng)6h，干燥后即得。實(shí)施例2一種氧化石墨烯/二氧化鈦光催化復(fù)合材料前驅(qū)體的制備方法，包括以下步驟：S1、氧化石墨烯/鈦酸四丁酯復(fù)合材料的制備，包括以下步驟：S1.1、按照料液比，氧化石墨烯︰鈦酸四丁酯︰無(wú)水乙醇＝0.005g︰40mL︰0.8g，取氧化石墨烯、鈦酸四丁酯和無(wú)水乙醇加入石英管中，攪拌均勻，通入氮?dú)?分鐘后密封；S1.2、在攪拌條件下放入光化學(xué)反應(yīng)儀中，用紫外光照1h后，過(guò)濾、無(wú)水乙醇洗滌后即得。S2、氧化石墨烯/二氧化鈦復(fù)合材料的制備，包括以下步驟：按照體積比，去離子水︰無(wú)水乙醇＝5︰10，取S1制備得到的氧化石墨烯/鈦酸四丁酯復(fù)合材料、去離子水和無(wú)水乙醇加入反應(yīng)釜內(nèi)襯中，隨后放入真空反應(yīng)釜中，在250℃下反應(yīng)4h，干燥后即得。實(shí)施例3一種氧化石墨烯/二氧化鈦光催化復(fù)合材料前驅(qū)體的制備方法，包括以下步驟：S1、氧化石墨烯/鈦酸四丁酯復(fù)合材料的制備，包括以下步驟：S1.1、按照料液比，氧化石墨烯︰鈦酸四丁酯︰無(wú)水乙醇＝0.004g︰35mL︰0.6g，取氧化石墨烯、鈦酸四丁酯和無(wú)水乙醇加入石英管中，攪拌均勻，通入氮?dú)?分鐘后密封；S1.2、在攪拌條件下放入光化學(xué)反應(yīng)儀中，用紫外光照1.5h后，過(guò)濾、無(wú)水乙醇洗滌后即得。S2、氧化石墨烯/二氧化鈦復(fù)合材料的制備，包括以下步驟：按照體積比，去離子水︰無(wú)水乙醇＝1︰10，取S1制備得到的氧化石墨烯/鈦酸四丁酯復(fù)合材料、去離子水和無(wú)水乙醇加入反應(yīng)釜內(nèi)襯中，隨后放入真空反應(yīng)釜中，在220℃下反應(yīng)5h，干燥后即得。實(shí)施例4一種氧化石墨烯/二氧化鈦光催化復(fù)合材料前驅(qū)體的制備方法，包括以下步驟：S1、氧化石墨烯/鈦酸四丁酯復(fù)合材料的制備，包括以下步驟：S1.1、按照料液比，氧化石墨烯︰鈦酸四丁酯︰無(wú)水乙醇＝0.0035g︰32mL︰0.7g，取氧化石墨烯、鈦酸四丁酯和無(wú)水乙醇加入石英管中，攪拌均勻，通入氮?dú)?分鐘后密封；S1.2、在攪拌條件下放入光化學(xué)反應(yīng)儀中，用紫外光照1.3h后，過(guò)濾、無(wú)水乙醇洗滌后即得。S2、氧化石墨烯/二氧化鈦復(fù)合材料的制備，包括以下步驟：按照體積比，去離子水︰無(wú)水乙醇＝3︰40，取S1制備得到的氧化石墨烯/鈦酸四丁酯復(fù)合材料、去離子水和無(wú)水乙醇加入反應(yīng)釜內(nèi)襯中，隨后放入真空反應(yīng)釜中，在210℃下反應(yīng)5.5h，干燥后即得。實(shí)施例5一種氧化石墨烯/二氧化鈦光催化復(fù)合材料前驅(qū)體的制備方法，包括以下步驟：S1、氧化石墨烯/鈦酸四丁酯復(fù)合材料的制備，包括以下步驟：S1.1、按照料液比，氧化石墨烯︰鈦酸四丁酯︰無(wú)水乙醇＝0.0045g︰38mL︰0.65g，取氧化石墨烯、鈦酸四丁酯和無(wú)水乙醇加入石英管中，攪拌均勻，通入氮?dú)?分鐘后密封；S1.2、在攪拌條件下放入光化學(xué)反應(yīng)儀中，用紫外光照1.9h后，過(guò)濾、無(wú)水乙醇洗滌后即得。S2、氧化石墨烯/二氧化鈦復(fù)合材料的制備，包括以下步驟：按照體積比，去離子水︰無(wú)水乙醇＝2︰35，取S1制備得到的氧化石墨烯/鈦酸四丁酯復(fù)合材料、去離子水和無(wú)水乙醇加入反應(yīng)釜內(nèi)襯中，隨后放入真空反應(yīng)釜中，在240℃下反應(yīng)4.5h，干燥后即得。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3