[发明专利]一种石墨烯/纤维素气凝胶基复合光催化剂的制备方法及其应用

说明书

一种石墨烯/纤维素气凝胶基复合光催化剂的制备方法及其应用，它属于光催化降解染料领域。本发明要解决现有纤维素气凝胶对污染物的吸附一旦达到饱和状态就会失效，不能够持续去除污染物；半导体光催化剂和石墨烯量子效率低，不易回收利用，重复利用率低的问题。方法：一、制备纤维素溶液；二、制备纤维素混合液；三、制备纤维素水凝胶；四、冷冻干燥；应用：应用于含有染料的废水处理。本发明用于石墨烯/纤维素气凝胶基复合光催化剂的制备及应用。

技术领域

本发明属于光催化降解染料领域。

背景技术

自1972年科学家Fujishima在二氧化钛电极上发现水的光催化反应以来，光催化技术在众多领域得到了快速发展，如水分解、去除有机污染物、降低二氧化碳含量、有机化合物的选择性合成和细菌消毒等。其中，利用光催化技术对环境污染物进行处理，被认为是创造绿色生态环境的最有前景的途径之一。

光催化技术发展的核心在于半导体光催化剂的选择，而大多半导体光催化剂由于尺寸小、电子空穴对易复合、量子效率低等问题，难以实现大规模应用并不易于回收利用，会对环境造成二次污染。根据文献报道，选择比表面积大、结构稳定的催化剂载体与半导体光催化剂进行复合，借助丰富的电子传输通道降低光生电子-空穴对的复合几率，同时增加反应活性位点，是提高半导体光催化活性的有效手段。然而，只是将半导体光催化剂负载的话，可以选择的载体有很多，例如石墨烯气凝胶等，但都存在一定局限性，比如：反应条件苛刻，需要高温、高压，或是来源不广泛、成本高，对环境有一定的污染，或是重复利用率低。

纤维素作为一种生物修复材料，因资源丰富、价格低廉、环境友好、孔道结构丰富、比表面积大和孔隙率高等成为环境光修复领域的热门材料，但由于其对污染物的吸附一旦达到饱和状态就会失效，不能够持续去除污染物，在实际应用中受到了一定程度的限制。而石墨烯作为一种新兴材料，因其优异的导电性、极低的质量密度、高比表面积、3D孔结构，在光催化材料领域的发展中渐露锋芒，但其制备过程复杂，价格昂贵，且由于其带隙较宽，光生电子-空穴对的复合率高，在半导体光催化剂降解有机污染物中受到一定的限制。

发明内容

本发明要解决现有纤维素气凝胶对污染物的吸附一旦达到饱和状态就会失效，不能够持续去除污染物；半导体光催化剂和石墨烯量子效率低，不易回收利用，重复利用率低的问题，进而提供一种石墨烯/纤维素气凝胶基复合光催化剂的制备方法及其应用。

一种石墨烯/纤维素气凝胶基复合光催化剂的制备方法，它是按以下步骤进行的：

一、在搅拌条件下，将纤维素加入到温度为-10℃～-12℃的氢氧化钠/尿素混合溶液中混合，然后离心去杂质，得到纤维素溶液；

所述的氢氧化钠/尿素混合溶液中氢氧化钠的质量百分数为5％～10％，所述的氢氧化钠/尿素混合溶液中尿素的质量百分数为10％～15％；所述的纤维素与氢氧化钠/尿素混合溶液的质量比为(0.02～0.03):1；

二、将半导体光催化剂和氧化石墨烯溶液加入到纤维素溶液中，室温下超声搅拌，再加入交联剂，搅拌均匀，得到纤维素混合液；

所述的交联剂为纤维素溶液中纤维素质量的20％～30％；所述的氧化石墨烯溶液中氧化石墨烯为纤维素溶液中纤维素质量的1％～3％；

三、室温下，将纤维素混合液转移至模具中静置2天～3天，得到纤维素水凝胶；

四、对纤维素水凝胶洗涤，在温度为-20℃～-35℃的条件下，预冻10h～15h，然后在温度为-70℃～-80℃及真空度为5Pa～20Pa的条件下，冷冻干燥30h～50h，得到石墨烯/纤维素气凝胶基复合光催化剂；

所述的石墨烯/纤维素气凝胶基复合光催化剂中半导体光催化剂的质量百分数为35％～45％。

一种石墨烯/纤维素气凝胶基复合光催化剂的应用，石墨烯/纤维素气凝胶基复合光催化剂应用于含有染料的废水处理。