[发明专利]一种可磁性回收的石墨烯/二氧化钛光催化复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种可磁性回收的石墨烯/二氧化钛光催化复合材料及其制备方法。具体步骤如下：(1)制备聚丙烯酸修饰的四氧化三铁溶液；(2)制备石墨烯/二氧化钛光催化材料；再将其用水分散；(3)制备聚乙烯亚胺修饰的石墨烯/二氧化钛溶液；(4)利用静电自组装，将聚丙烯酸修饰的四氧化三铁溶液和聚乙烯亚胺修饰的石墨烯/二氧化钛溶液常温孵化，离心，得到磁性四氧化三铁修饰石墨烯/二氧化钛复合材料；(5)将上述复合材料热处理，得到可磁性回收的石墨烯/二氧化钛光催化复合材料。本发明制备的光催化复合材料可见光催化降解活性高，光催化表面大，通过调控四氧化三铁的自组装含量，可以实现在复杂环境中的有效回收。

技术领域

本发明属于光催化技术领域，具体的说，涉及一种可磁性回收的石墨烯/二氧化钛光催化复合材料及其制备方法。

背景技术

国内外对于环境污染的处理方法主要有投加絮凝剂、电化学方法、空气氧化法和生物处理等物理和化学方法，但这些方法都存在运行费用高，且仍伴有大量废物产生等缺点。光催化技术具有能耗低、操作简便、反应条件温和、无二次污染等突出优点，因此光催化降解处理技术是目前绿色处理水污染的一个重要研究热点。目前光催化剂主要以二氧化钛(TiO₂)为主要成分，但是单一二氧化钛材料存在光转化效率低、禁带宽度单一、光生电子-空穴的复合效率高等缺点，限制二氧化钛的光催化降解效率。石墨烯(G)作为一种零带隙的半导体材料，其碳原子间以独特的sp²杂化结构组成，具有优异的电子传输特性，同时具有巨大的理论表面积，使得其在光学、生物传感、环境科学等领域具有广阔的应用前景。单一的TiO₂/G复合材料在环境应用中，存在难回收、易分散等缺点，限制其大规模应用。四氧化三铁(Fe₃O₄)纳米粒子是一种常见的磁性材料，其制备方法多样、操作简单、成本低廉，是一种具有超顺磁性及高饱和磁化强度的纳米材料。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种集磁性、吸附性、光催化活性于一体的可磁性回收的石墨烯/二氧化钛光催化复合材料及其制备方法。本发明通过自组装法，将四氧化三铁纳米颗粒静电自组装于二氧化钛/石墨烯材料上，再经高温处理，得到具有高催化活性、高表面积、高强磁响应性和高吸附特性的光催化材料，其在环境有机染料和污染物的光催化处理等领域具有广泛的应用前景。

本发明的技术方案具体介绍如下。

一种可磁性回收的石墨烯/二氧化钛光催化复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)纳米四氧化三铁分散液和聚丙烯酸溶液混合搅拌20-50min，得到聚丙烯酸修饰的四氧化三铁溶液；

(2)将钛酸四乙酯醇溶液和氧化石墨烯溶液混合后，130℃-160℃反应24h-48h，得到石墨烯/二氧化钛光催化材料；再将石墨烯/二氧化钛光催化材料用水分散液，得到石墨烯/二氧化钛分散液；

(3)将石墨烯/二氧化钛分散液和聚乙烯亚胺溶液混合搅拌20-50min，得到聚乙烯亚胺修饰的石墨烯/二氧化钛溶液；

(4)利用静电自组装，将步骤(1)得到的聚丙烯酸修饰的四氧化三铁溶液和步骤(3)聚乙烯亚胺修饰的石墨烯/二氧化钛溶液在常温下孵化20-30h，离心，制备得到磁性四氧化三铁修饰石墨烯/二氧化钛复合材料；

(5)将磁性四氧化三铁修饰石墨烯/二氧化钛复合材料进行热处理，得到可磁性回收的石墨烯/二氧化钛光催化复合材料。

本发明中，步骤(1)中，纳米四氧化三铁分散液的浓度为60～80mg/mL，聚丙烯酸溶液的浓度为0.8～1.2mg/mL，纳米四氧化三铁分散液和聚丙烯酸溶液的体积比为60:1～180:1。