[发明专利]一种可见光响应的降解聚丙烯酰胺的光催化剂的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于光催化剂技术领域，涉及降解聚丙烯酰胺的光催化剂，特别涉及一种可见光响应的降解聚丙烯酰胺的光催化剂的制备方法及其应用。

背景技术

近几十年来，光催化降解有机污染物引起了人们越来越多的关注。在众多的光催化剂中，TiO₂是研究最为广泛的一种半导体光催化剂。但是TiO₂作为一种宽禁带材料，只能被波长较短的紫外光激发，这对于利用只有4%的紫外光含量的太阳光极为不利；此外，光激发TiO₂所产生的光生电子-空穴复合率高，导致光量子效率低，光催化性能不突出，使得在实际应用中受到限制，因此寻找可见光响应的催化剂，充分利用太阳光催化降解水中的有机污染物成为光催化领域的研究重点。

为了解决此类问题，人们制备了基于TiO₂的复合物。近年来，贵金属纳米粒子因具有表面等离子共振效应被应用到光催化降解有机染料等领域而成为研究热点。其中以Ag及Ag/卤化银复合纳米粒子为等离子体光催化剂的研究相对较多。AgBr不仅仅是间接半导体材料，还是一种可见光光敏材料，AgBr 在可见光区有明显的吸收，把AgBr分别分散其他载体表面时，AgBr稳定性提高。

化学研究与应用，2014, 26(1):23-27，报道了以石墨烯为载体，通过化学沉积与光还原法制备了具有等离子体共振效应的Ag-AgBr / RGO 可见光催化剂以及光催化降解甲基橙溶液。结果表明，在可见光下甲基橙溶液的降解率达91%。但是该制备工艺复杂。

催化学报,2012, 33(7), 1209-1216, 报道了采用沉积-沉淀及光还原法制备了Ag@AgBr 等离子体光催化剂并应用于亚甲基蓝的降解， 结果表明,亚甲基蓝的降解率高达 96%, 但仅作为偶氮染料的降解，未涉及高分子材料的降解。

应用化学，2012，29（8）：942-947，报道了以氧化石墨和商业用二氧化钛为前驱物，在150 ℃水热条件下制备二氧化钛-石墨烯复合物和紫外光及可见光下的光催化亚甲基蓝溶液模拟染料废水，结果表明，该复合物的光催化性能较之商业用二氧化钛有较大提高，但需要用到紫外光。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种可见光响应的光催化剂的制备方法。

本发明的一个目的，公开了可见光响应的降解聚丙烯酰胺的光催化剂的制备方法，先利用改进Hummers法制得氧化石墨烯，再经水热法制得石墨烯，然后以石墨烯、二氧化钛、溴源、银盐和氨水为原料，通过沉积-沉淀和光还原法以及高温煅烧制备可见光响应的光催化剂；然后由此催化剂降解水溶液中的聚丙烯酰胺高分子。

本发明所述的改进Hummers法制得石墨烯，其制备步骤包括：

在烧杯中加入23.5mL浓H₂SO₄，于冰水浴中放置待温度降至0℃，在搅拌条件下将1.2g石墨粉、0.6g NaNO₃加入浓H₂SO₄中，然后缓慢加入3.5g KMnO₄，保持冰浴条件搅拌1h；

混合物呈墨绿色，将体系升温至35℃，继续搅拌2h；

逐滴滴加48mL H₂O，混合物逐渐为棕色，加水完毕后将其放在98℃油浴中，继续搅拌30min，混合物颜色由棕色变为亮黄色，取出，再加入145mLH₂O和12mL 30% H₂O₂，混合后离心分离，用质量分数5%的HCl对产物进行离心清洗，再用去离子水充分洗涤至中性，移至60℃恒温干燥箱中干燥，研磨得到氧化石墨粉末。

取上述氧化石墨100mg加入100 mL水与乙醇的混合溶液中，经超声和水热反应制得石墨烯。

本发明的技术方案：一种可见光响应的降解聚丙烯酰胺的光催化剂制备方法，包括如下步骤：

A、将石墨烯、二氧化钛和蒸馏水混合，得到的悬浮液于60~110Hz频率下超声20~150min，优选超声频率85Hz，优选时间120min，其中所述石墨烯的用量为二氧化钛质量的1~40%，优选10%，所述蒸馏水的用量为二氧化钛质量的10000~ 40000 %，优选19400%；