[发明专利]一种改性氧化石墨烯紫外光催化膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种改性氧化石墨烯紫外光催化膜及其制备方法，属于膜材料制备领域。本发明采用操作简单的水解法制备二氧化钛分散液、采用水热法制备氮掺杂氧化石墨烯材料，而后利用二氧化钛的光敏性和氮掺杂氧化石墨烯提升的电子空穴对的分离能力，向二氧化钛分散液中加入氮掺杂氧化石墨烯、膜原料和成孔剂，一步法制备得到膜结构稳定、紫外光催化性能良好的二氧化钛改性氮掺杂氧化石墨烯紫外光催化膜。本发明的方法操作严谨，步骤简单。

技术领域

本发明属于膜材料制备领域，更具体地说，涉及一种改性氧化石墨烯紫外光催化膜及其制备方法。

背景技术

随着工业化和城镇化的不断发展，工业废水和市政污水的大量排放，加之农业生产过程中大量使用的肥料、农药和杀虫剂的残留，对水体质量污染日益严重。传统的技术手段通常是使用活性炭吸附，但是其吸附饱和后的再生过程(通常为热脱附法)是相当昂贵的，而且也存在解吸附的二次污染的问题。采用光催化技术处理水体污染有以下几个优点：常温常压条件下，可以对有机物污染物进行降解，降解产物主要为水和二氧化碳，无其他二次污染物，同时具有氧化反应和还原反应的能力。新型二维碳纳米材料氧化石墨烯具有亲水性强、耐有机溶剂、富含氧化性基团、电子迁移速率快等特征。对氧化石墨烯进行光敏化改性，利用其巨大的比表面积，可以有效吸附污染物质，紫外光条件下，在光敏物质的作用下可以有效降解污染物质。

目前对氧化石墨烯光催化膜的改性研究较少，大多是对氧化石墨烯材料进行光催化改性。经检索发现，公布号CN103386317A，公布日2013年11月13日的中国发明专利申请公开了一种磷酸铋复合氧化石墨烯光催化剂及其制备方法和应用，该发明利用磷酸铋(BiPO₄)和氧化石墨烯(GO)的复合材料，将BiPO₄/RGO复合材料应用于光催化分解水制氢和光催化环境污染治理领域。

此外，公布号CN106466613A，公布日2017年3月1日的中国发明专利申请公开了一种铜锌锡硒-氧化石墨烯光催化吸附材料及其制备方法，该发明利用铜锌锡硒和氧化石墨烯制备得到铜锌锡硒-氧化石墨烯光催化吸附材料，该材料具有吸附和可见光催化性能，可见光响应频率范围宽，光吸收系数高，对有机污染物具有优异的吸附性能，可用于可见光下有机污染物的吸附和光催化降解处理。但这些光催化材料具有光接触面积较小、对材料面积和体积要求较大等缺点。

发明内容

1.要解决的问题

针对现有技术中氧化石墨烯材料的光催化性能较差、光接触面积较小等问题，本发明提供一种改性氧化石墨烯紫外光催化膜及其制备方法。本发明使用钛酸酯水解得到二氧化钛分散液，采用氧化石墨烯和氮源水热合成得到氮掺杂氧化石墨烯，而后向二氧化钛分散液中加入氮掺杂氧化石墨烯、膜原料和成孔剂，一步法制备得到二氧化钛改性氮掺杂氧化石墨烯紫外光催化膜。本发明利用二氧化钛的光敏性和氮掺杂氧化石墨烯提升的电子空穴对的分离能力，制备出膜结构稳定、紫外光催化性能良好的协同改性复合膜，本发明的方法操作严谨，步骤简单。

2.技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

本发明的一种改性氧化石墨烯紫外光催化膜的制备方法，包括使用钛酸酯水解得到二氧化钛分散液，采用氧化石墨烯和氮源水热合成得到氮掺杂氧化石墨烯，而后向二氧化钛分散液中加入氮掺杂氧化石墨烯、膜原料和成孔剂，一步法制备得到二氧化钛改性氮掺杂氧化石墨烯紫外光催化膜。

优选地，所述二氧化钛的具体制备步骤为：

(1)将钛酸四丁酯倒入无水乙醇中，得到钛酸四丁酯无水乙醇溶液；

(2)向钛酸四丁酯无水乙醇溶液中加入体积为V1的硝酸溶液，在非密闭条件下、在20～25℃下搅拌，得到反应溶液；

(3)将反应溶液升温至65～75℃，进行水解反应，而后向反应溶液中再加入体积为V2的硝酸溶液，在密闭条件下、在65～75℃下搅拌，得到二氧化钛分散液。