[发明专利]石墨烯-二氧化钛-金属离子复合光催化剂水溶液的制备方法

说明书

本发明提出了一种石墨烯‑二氧化钛‑金属离子复合光催化剂水溶液的制备方法，包括以下步骤：1)氢氧化钛固体的制备；2)将步骤1)的氢氧化钛固体及去离子水混合后进行超声分散，得到氢氧化钛分散液，然后加入过氧化氢溶液、金属离子及石墨烯进行反应，反应结束后冷却至5～20℃，即可获得复合光催化剂水溶液；其中，所述石墨烯加入到步骤2)反应体系中的终浓度为0.1mg/L～200mg/L，过氧化氢溶液与氢氧化钛固体的摩尔比为1：0.5～1.5，金属离子为化合价为+1至+4金属离子中的任意一种或者多种；金属离子与二氧化钛的摩尔比为10^‑3～10^‑1：1。该方法制备得到的复合光催化剂水溶液长期放置石墨烯也不会团聚沉淀，溶胶放置一年以上也无分层或沉淀物出现，稳定性好。

技术领域

本发明属于二氧化钛光催化剂技术领域，具体涉及一种石墨烯/二氧化钛/金属离子复合光催化剂水溶液的制备方法。

背景技术

二氧化钛光触媒溶液涂布于各种基材表面后，在一定波长的光照射下(一般的场合为380nm以下的紫外线)，通过光的吸收而形成空穴以及电子的瞬间，通常很容易与其它物质发生氧化分解反应。二氧化钛光触媒溶液的催化特征是：所形成的空穴有着很强的氧化还原作用，这个空穴直接与有机物以及水反应，会形成非常强的氢氧自由离子·OH，这个过程被称为有机物氧化过程，另外，空穴中的氧气被所产生的电子立即还原形成超级氧负自由离子·O^2-，而这个自由离子也具有很强的抗菌、分解(有机物)作用，最后使之变化为对人体无害的二氧化碳和水。

氧化石墨层与层间之作用力因层间距增加而减弱，且氧化石墨烯表面产生之亲水官能基与水分子之氢链作用力，与羰基去质子化后形成之电荷相斥力，使氧化石墨可均匀分散于水中，形成单层之氧化石墨烯悬浮液。而为了得到石墨烯，需将均匀分散于水溶液之氧化石墨烯还原成“还原氧化石墨烯RGO”，将SP3链结脱氧还原成SP2链结。而大部分氧化石墨之还原，皆藉由如联胺(N₂H₄)等强还原剂进行还原，然而还原后的石墨烯具有较大的表面能，容易自发的聚集而沉淀，无法以稳定的悬浮液存在，其原因主要为高亲水之氧化石墨烯转变成为疏水之石墨烯，为了降低表面能，疏水之石墨烯倾向形成聚集物。

为了提升还原石墨烯悬浮液之稳定性，目前有适当利用表面活性剂修饰还原之石墨烯表面，提升亲水性；也有采用环糊精修饰或用聚氧化乙烯修饰的方法来提高石墨烯的亲水性，使之形成稳定的悬浮液。用这些方法修饰后的石墨烯加入到二氧化钛光催化剂溶液中，都会影响光催化剂溶液的稳定性。由于修饰的引入会破坏光催化的效果。

发明内容

本发明提出一种石墨烯-二氧化钛-金属离子复合光催化剂水溶液的制备方法，该方法制备得到的复合光催化剂水溶液长期放置石墨烯也不会团聚沉淀，溶胶放置一年以上也无分层或沉淀物出现，稳定性好。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种石墨烯-二氧化钛-金属离子复合光催化剂水溶液的制备方法，包括以下步骤：

1)氢氧化钛固体的制备：

2)将步骤1)的氢氧化钛固体及去离子水混合后进行超声分散，得到氢氧化钛分散液，然后加入过氧化氢溶液、金属离子及石墨烯进行反应，反应结束后冷却即可获得复合光催化剂水溶液；

其中，所述石墨烯加入到步骤2)反应体系中的终浓度为0.1mg/L～200mg/L，过氧化氢与氢氧化钛固体的摩尔比为1：0.5～1.5，金属离子为化合价为+1至+4金属离子中的任意一种或者多种；金属离子与二氧化钛的摩尔比为10-3～10-1：1。

优选地，所述过氧化氢溶液浓度为5～60wt％；所述步骤2)反应结束后冷却至5～20℃。

优选地，所述步骤2)氢氧化钛分散液与过氧化氢溶液、金属离子及石墨烯反应具体为：