[发明专利]一种利用脉冲激光提高钛酸钙光催化活性的办法

说明书

本发明针对上述现有技术的不足，提供了一种利用脉冲激光提高钛酸钙光催化活性的办法，该方法通过在钛酸钙材料内部引入Ti³⁺形成缺陷自掺杂并加入氧化石墨烯以进一步提高吸光强度和电子传输能力，从而获得Ti³⁺自掺杂型钛酸钙/氧化石墨烯复合光催化剂。该方法在制备过程中加入了氧化石墨烯以进一步提高光生电子的转运速度，从而抑制电子‑空穴的复合；相比于传统方法具有实验装置简单、操作方便和制备周期短等优势，有利于大规模的制备和推广。

技术领域

本发明属于光催化材料技术领域，具体涉及一种利用脉冲激光辐照含有氧化石墨烯和钛酸钙的溶液从而提高钛酸钙催化活性的方法。

背景技术

我国是水资源大国，据统计，我国的水资源总量约为28124亿立方米，位居世界第六，但人均水资源占有量是2240立方米，世界排名110位。按照国际标准，我国介于轻度缺水和中度缺水之间的水平。随着我国工业的迅速发展，工业用水量和废水排放量与我国的废水处理水平呈现反比，导致不少地表水和地下水严重污染，使得本已有限的水资源日益匮乏。

工业染料产生的废水是现在水体污染的主要原因之一。在染料的生产和染料的使用过程中，向天然水中大量排放的工业染料改变了水的组分，使水量和水质发生了巨大的变化。染料废水具有高含盐量、高色度、成分复杂、可生化性差等特点，对生产和环境造成危害，同时威胁到人类的身体健康。

因此，高效快捷地处理染料废水成为了一个迫在眉睫地问题。近年来，常用的降解方法包括超声波降解法、高温深度氧化法、臭氧氧化法、光催化氧化法等，其中光催化氧化法以其反应条件温和、安全无害等特点备受关注。光催化剂主要是以半导体氧化物为主，当一定波长的光照射到半导体表面时，光催化剂半导体中的价带电子就会被激发到导带，从而产生出具有较强氧化还原能力的电子-空穴对。产生的电子-空穴对可以将水体中的有机污染物氧化，达到清除有机污染物的目的。

钛酸钙因其优益的催化性能和结构的特殊性，已经成为光催化领域研究的热点材料之一。此外，通过掺杂(如金属掺杂、非金属掺杂等)可以有效调节钛酸钙的禁带宽度以提高光催化活性。但是常见的掺杂会引入杂质离子，而杂质离子会提高光生电子-空穴对的复合率，从而降低材料的光催化性能。此外，杂质离子还会降低材料的均一性和稳定性。

目前，常用于半导体材料内部缺陷自掺杂的方法主要有电弧熔融法、一步燃烧法、化学还原法、高能轰击法(如等离子体或电子束)等。这些自掺杂方法通常在高温、高压下进行，此外往往需要用到一些爆炸性的还原剂因此具有一定的危险性。

发明内容

本发明针对上述现有技术的不足，提供了一种利用脉冲激光提高钛酸钙光催化活性的办法，该方法通过在钛酸钙材料内部引入Ti³⁺形成缺陷自掺杂并加入氧化石墨烯以进一步提高吸光强度和电子传输能力，从而获得Ti³⁺自掺杂型钛酸钙/氧化石墨烯复合光催化剂。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种利用脉冲激光提高钛酸钙光催化活性的办法，包括下列步骤：

(1)将氧化石墨烯和钛酸钙按质量比例1∶9分别放入烧杯A和烧杯B中，在烧杯A和B中分别加入去离子水，去离子水和氧化石墨烯的体积比为10∶1，去离子水和钛酸钙的体积比为10∶1，然后均超声处理10～30min。

(2)将烧杯A中超声分散的氧化石墨烯溶液倒入到烧杯B中，将磁力搅拌器速度设置为500～1000rpm，搅拌10～30min后，获得前驱体溶液。