[发明专利]石墨烯/P25复合光催化剂的制备及氯化方法

说明书

技术领域

本发明是一种新型光催化材料的制备方法，结合石墨烯的电子传导能力和表面氯化的特性，属于光催化技术，可应用在废水污染处理等领域。

背景技术

光催化技术是近年来发展迅猛的一种催化氧化技术，具有反应条件温和、矿化率高、不易产生二次污染等特点，同时催化剂本身价格低廉、无毒无害，使得光催化技术在工业生产、废水处理、空气净化等众多方面，具有较大的应用潜力。其中，TiO₂是研究最多、最为成熟的一种光催化剂，其商业化产品P25，应用更加广泛。但是应当值得注意的是，针对高浓度的染料或工业废水，TiO₂的光催化能力较差，无法满足实际应用的需求。

将碳材料应用在光催化领域已有很多年的时间。其中以活性炭与TiO₂的复合最为常见，随后还出现了碳纳米管和C₆₀等新型材料。C的引入可以与光催化组分发生协同作用，增强对有机物质的降解能力。石墨烯是新近开发的一种具有特殊二维结构的碳单质，具有极强的电子转移能力和一定的透光性。将石墨烯与TiO₂复合已经成为了Ti-C材料的新的研究方向。Zhang等(Yanhui Zhang，ZiRong Tang，ACS NANO，4(12)：7303-7314)对比了GT和CNTs-T的。Hao等(H Zhang，ACS NANO，2010，4：380-386)通过研究GT和CNTs-T的光催化性能，推测碳的加入可以加快电子传递的速度，促进液相反应中光生载流子的分离，进而提高光催化反应的效率。

另外，一种新型钛基材料的改性方法，即表面氯化，正受到人们的广泛关注。经验证，表面氯修饰的TiO₂及一些钛基复合材料，在光催化降解方面有着显著的提升(RS Yuan，ACS Catal.，2011，1(3)：200-206)。表面氯在光照条件下可以生成氯自由基，参与到光催化反应中，达到协同催化的目的，使降解性能大幅提升。

发明内容

本发明的目的在于进一步提升二氧化钛的液相光催化性能，提供一种新型复合钛基光催化剂的制备方法和应用，解决现有光催化材料性能低、易失活的缺陷。

本发明的光催化剂是一种基于二氧化钛的石墨烯/P25复合光催化材料。本发明是通过如下技术方案实施的：

按质量比30％，取氧化石墨烯溶于90ml30％的乙醇溶液中，搅拌、超声5-15min，使之分散均匀；随后加入P25，剧烈搅拌2h得到同相悬浮液；移至100ml高压反应釜中，120-180℃保持48-72h；过滤、水洗、50-60℃烘干，即石墨烯/P25复合催化材料；随后将1g石墨烯/P25复合物浸入到2ml浓盐酸中，于暗处密封静置24-48h，随后在通风橱中开口放置，直至盐酸基本挥发完全，最后50-60℃烘干即可。

本发明涉及的复合光催化材料主要应用于液相有机污染物降解，在饮用水净化、印染废水处理、生活污水处理等方面拥有巨大的潜力。

附图说明

图1-1为本发明所合成的复合光催化剂XRD图

图1-2为本发明所合成的复合光催化剂UV-Vis DRS图

图2为甲基橙在本发明所合成的复合光催化剂上的降解图

图3为苯酚在本发明所合成的复合光催化剂上的降解图

具体实施方式

实施例1：

石墨烯/P25复合光催化剂及其氯化物降解甲基橙。实验分别以高浓度甲基橙和苯酚作为目标反应物，研究制备的复合催化剂在液相反应中的光催化能力。首先配制100mg/L的甲基橙100mL，置于石英反应管中，加入0.05g催化剂，持续搅拌，吸附过夜。采用4根紫外灯(飞利浦，4w，254nm)作为光源，环绕在反应管周围。反应开始后，温度维持在室温，每隔1h取样，经离心分离后，采用分光光度计检测甲基橙的吸光度，从而计算反应过程的C/C₀。复合材料的光催化性能大幅度提升，4h降解率达到77％，高于二氧化钛的60％。而表面氯化使降解活性进一步增强，1h左右基本能达到完全降解。

实施例2：

石墨烯/P25复合光催化剂及其氯化物降解苯酚。具体实验步骤如实施例1所述，将模拟有机物换为苯酚，浓度调为100ppm，操作步骤和反应条件不变。结果表明，普通P25的催化性能较差，反应7h，降解率低于10％；而石墨烯/P25复合光催化剂此时刚好可以达到完全降解；表面氯化的复合材料，反应速率加倍，光照3-4h，即可实现对苯酚的100％降解。