一种石墨烯负载MMT/N-S-TiO2光触媒剂的制备方法技术

一种石墨烯负载的MMT/N‑S‑TiO2光触媒剂的制备方法，采用低温溶剂法，以乙醇为溶剂，以蒙脱土（MMT）为载体，利用其层间阳离子可交换性，在MMT层间合成纳米TiO2，并在TiO2表面引入N和S双非金属元素，分别利用N和S取代TiO2中的O以及填隙TiO2的晶格间隙中，来提升TiO2的可见光响应的光催化能力，控制TiO2的晶型结构，同时在MMT表面的羟基点位，引入对有机气体具有强富集能力氧化石墨烯。通过控制各组分的浓度比例、焙烧温度和焙烧时间，所制备的光触媒剂孔径为5nm左右，具有金红石和锐钛矿型的混相稳定结构，光催化能力强，且具有强吸脱附能力。本发明专利技术所使用的化学试剂均为常用试剂，方法简单，易于工业生产。

Preparation of a Graphene-Supported MMT/N-S-Titanium Dioxide Photocatalyst

A preparation method of graphene-loaded MMT/N_S_titania photocatalyst was introduced. Using ethanol as solvent and montmorillonite (MMT) as carrier, nano-titanium dioxide was synthesized by cation exchange between layers. N and S bimetallic elements were introduced into the surface of titanium dioxide, and N and S were used to replace O in titanium dioxide and the lattice gap of interstitial titanium dioxide to enhance titanium dioxide. The photocatalytic ability of the visible light response of 2 controls the crystal structure of titanium dioxide, and at the hydroxyl sites on the surface of MMT, graphene oxide with strong enrichment ability for organic gases is introduced. By controlling the concentration ratio of each component, calcination temperature and calcination time, the pore size of the prepared photocatalyst is about 5 nm. The photocatalyst has a stable structure of rutile and anatase, strong photocatalytic activity and strong adsorption and desorption ability. The chemical reagents used in the invention are commonly used reagents, and the method is simple and easy for industrial production.

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯负载MMT/N-S-TiO2光触媒剂的制备方法
本专利技术涉及一种石墨烯负载MMT/N-S-TiO2光触媒剂的制备方法，属环保

技术介绍
随着物质生活的提高，家庭装修和各类家具的大量使用，室内挥发性有害有机化合物（VOCs）的释放源不断地增多，室内空气污染已被列为全球四个关键的环境问题之一。室内VOCs的危害大，许多慢性疾病的高发与之相关，而VOCs成分复杂且难以分离，无法有效治理。近年来，TiO2因其安全、无毒、化学性质稳定、高催化活性等优点常用作光触媒剂的主材之一，将纳米TiO2喷涂在材质表面用于VOCs的光催化降解，但TiO2的禁带宽度为3.2eV，只有紫外光才能有效激发其价带电子跃迁产生载流子，仅占太阳能的3%～5%，而波长相对长一些的可见光占太阳光的45%。因此需要在紫外灯的照射下能转化吸附在材质表面的VOCs，限制了其应用。近年来，研究者发现将Ag、Cu、Fe、Cd等金属和Ce、La、Nd等稀土元素掺杂到纳米TiO2中，金属离子置换Ti4+形成置换型固溶体，能降低TiO2的禁带宽度，TiO2的激发响应波长红移，使室内VOCs可在可见光下进行有效分解，但金属离子和稀有元素掺杂TiO2降解VOCs的反应速率受温度、湿度等多种外部因素的影响，且价格昂贵。因此，价格低廉的小体积的非金属元素（N、C、S）掺杂TiO2的研究也逐步成为了热点。非金属元素的掺杂主要是取代TiO2中的O，产生光生载流子，或者是进入TiO2晶格间隙，降低光生电子与空穴的复合机率，提升光催化效率。但不论是金属离子、稀土元素还是非金属粒子的掺杂，都只是集中在如何降低TiO2的禁带宽度和降低光生电子与空穴的复合机率，所制备的TiO2的晶型结构都只是光催化活性高的锐钛矿型，但锐钛矿型TiO2存在晶型不稳定的缺陷，光催化效率随着晶型的改变将失去光催化能力。此外，有关TiO2基光触媒剂对有机有害气体光催化降解的应用研究，主要还存在三个方面主要问题：一是如何实现对TiO2纳米粒子的固载，二是提升光触媒剂的对有机有害气体的富集能力，三是TiO2的粒径的控制。
技术实现思路
本专利技术的目的是，针对TiO2基光触媒剂对有机有害气体光催化降解存在的问题，本专利技术提出一种石墨烯负载MMT/N-S-TiO2光触媒剂的制备方法。本专利技术实现的技术方案如下，一种石墨烯负载的MMT/N-S-TiO2光触媒剂的制备方法，所述方法采用低温溶剂法，以乙醇为溶剂，以MMT（蒙脱土）为载体，利用其层间阳离子可交换性，在MMT层间合成纳米TiO2，并在TiO2表面引入N和S双非金属元素，分别利用N和S取代TiO2中的O以及填隙TiO2的晶格间隙中，来提升TiO2的可见光响应的光催化能力，控制TiO2的晶型结构，同时在MMT表面的羟基点位，引入对有机气体具有强富集能力石墨烯；采用低温溶剂法制得。所述光触媒剂的晶型为金红石型和锐钛矿型的混合晶型，孔径为5nm。一种石墨烯负载的MMT/N-S-TiO2光触媒剂的制备方法的具体步骤如下：（1）配制一定浓度的MMT无水乙醇悬浮液100mL，超声波分散30min，使之更均匀分散，记为A溶液；（2）称取一定量的TiCl4和TiCl3溶剂，配制混合溶液3mL；加入2mL冰醋酸，记为B溶液；（3）在室温磁力搅拌下，配制三乙胺2mL、硫脲0.5g～2g的混合溶液，记为C溶液；（4）配制一定浓度的石墨烯乙醇溶液20mL，超声30min，使之均匀分散，记为溶液D溶液；（5）将A溶液倒入四口烧瓶中，并将四口烧瓶放置在5℃的冰水浴中并保持恒温，机械搅拌，速度为100r/h，通入N2；缓慢滴加B溶液，30min～40min滴加完成，持续搅拌1h后，滴加C溶液，10min滴加完成；继续搅拌30min后，滴加D溶液，10min滴加完成；搅拌1h后，采用浓度为2mol/L的稀硝酸溶液调节体系的pH为4，陈化12h，除去上层清液，水洗离心，反复洗涤至中性，后得到的离心物置于80℃真空干燥箱干燥2h，将干燥后的样品放入N2保护的管式炉中焙烧，得到产物为具有强富集能力和可见光响应的光触媒。所述MMT无水乙醇悬浮液浓度为1%～5%。所述TiCl4与TiCl3的体积比为0.33～1。所述三乙胺与硫脲的体积比为0.5～2。所述石墨烯乙醇溶液中的石墨烯质量浓度为0.5%～1%。所述干燥后的样品放入N2保护的管式炉中焙烧的温度为300℃～500℃，时间为0.5h～1h。本专利技术的有益效果是，本专利技术通过控制各组分的浓度比例、焙烧温度和焙烧时间，所制备的光触媒剂孔径为5nm左右，具有金红石和锐钛矿型的混相稳定结构，光催化能力强，且具有强吸脱附能力。本专利技术方法工艺简单，所使用的化学试剂均为常用试剂、价廉易得，所制备的光触媒既具有稳定性和强富集能力，在可见光下也具有优异的光催化性能。附图说明图1所示为光触媒剂样品的制备流程图；图2所示为本专利技术所制备的光触媒剂的XRD图（实施例1～5样品）；图3所示为本专利技术所制备的光触媒剂的孔径图（实施例1样品）；图4所示为本专利技术所制备的光触媒剂对N2的吸脱附等温线（实施例1样品）；图5所示为本专利技术所制备的光触媒剂对甲醛气体的降解曲线图（实施例1～5样品）。具体实施方式本专利技术的具体实施方式如图1所示。实施例1配制浓度为1%的MMT无水乙醇悬浮液100mL，超声波分散30min，使之更均匀分散，记为A溶液。称取1.5mLTiCl4和1.5mLTiCl3溶剂混合溶液，加入2mL冰醋酸，记为B溶液。在室温磁力搅拌下，配制三乙胺2mL、硫脲0.5g的混合溶液，记为C溶液。配制浓度为0.5%的氧化石墨烯乙醇溶液20mL，超声30min，使之均匀分散，记为溶液D溶液。将A溶液倒入四口烧瓶中，并将四口烧瓶放置在5℃的冰水浴中并保持恒温，机械搅拌，速度为100r/h，通入N2；缓慢滴加B溶液，30min-40min滴加完成，持续搅拌1h后，滴加C溶液，10min滴加完成；继续搅拌30min后，滴加D溶液，10min滴加完成；搅拌1h后，采用浓度为2mol/L的稀硝酸溶液调节体系的pH为4，陈化12h，除去上层清液，水洗离心，反复洗涤至中性，后得到的离心物置于80℃真空干燥箱干燥2h，将干燥后的样品放入N2保护的300℃管式炉中焙烧0.5h，得到产物为具有强富集能力和可见光响应的光触媒。本实施例样品光触媒剂的XRD图如图2所示；本实施例样品的光触媒剂的孔径图如图3所示；本实施例样品的光触媒剂对N2的吸脱附等温线如图4所示；本实施例样品光触媒剂对甲醛气体的降解曲线如图5所示。实施例2配制浓度为2%的MMT无水乙醇悬浮液100mL，超声波分散30min，使之更均匀分散，记为A溶液。称取1mLTiCl4和2mLTiCl3溶剂混合溶液，加入2mL冰醋酸，记为B溶液。在室温磁力搅拌下，配制三乙胺2mL、硫脲1g的混合溶液，记为C溶液。配制浓度为1%的氧化石墨烯乙醇溶液20mL，超声30min，使之均匀分散，记为溶液D溶液。将A溶液倒入四口烧瓶中，并将四口烧瓶放置在5℃的冰水浴中并保持恒温，机械搅拌，速度为100r/h，通入N2；缓慢滴加B溶液，30min-40min滴加完成，持续搅拌1h后，滴加C溶液，10min滴加完成；继续搅拌30min后，滴加D溶液，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨烯负载的MMT/N‑S‑TiO2光触媒剂的制备方法，其特征在于，所述方法以乙醇为溶剂，以MMT为载体，利用其层间阳离子可交换性，在MMT层间合成纳米TiO2，并在TiO2表面引入N和S双非金属元素，分别利用N和S取代TiO2中的O以及填隙TiO2的晶格间隙中，来提升TiO2的可见光响应的光催化能力，控制TiO2的晶型结构，同时在MMT表面的羟基点位，引入对有机气体具有强富集能力石墨烯。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯负载的MMT/N-S-TiO2光触媒剂的制备方法，其特征在于，所述方法以乙醇为溶剂，以MMT为载体，利用其层间阳离子可交换性，在MMT层间合成纳米TiO2，并在TiO2表面引入N和S双非金属元素，分别利用N和S取代TiO2中的O以及填隙TiO2的晶格间隙中，来提升TiO2的可见光响应的光催化能力，控制TiO2的晶型结构，同时在MMT表面的羟基点位，引入对有机气体具有强富集能力石墨烯。2.根据权利要求1所述的一种石墨烯负载的MMT/N-S-TiO2光触媒剂的制备方法，其特征在于，所述方法的具体步骤如下：（1）配制一定浓度的MMT无水乙醇悬浮液100mL，超声波分散30min，使之更均匀分散，记为A溶液；（2）称取一定量的TiCl4和TiCl3溶剂，配制混合溶液3mL；加入2mL冰醋酸，记为B溶液；（3）在室温磁力搅拌下，配制三乙胺2mL、硫脲0.5g～2g的混合溶液，记为C溶液；（4）配制一定浓度的石墨烯乙醇溶液20mL，超声30min，使之均匀分散，记为溶液D溶液；（5）将A溶液倒入四口烧瓶中，并将四口烧瓶放置在5℃的冰水浴中并保持恒温，机械搅拌，速度为100r/h，通入N2；缓慢滴加B溶液，30min～40min滴加完成，持续搅拌1h后，滴加C溶液，10min滴加完成；继续搅拌30min后，滴加D溶液，10min滴加完成；搅拌...

【专利技术属性】
技术研发人员：王少会，温博，王少民，谌芸，杨绍明，刘永鑫，章家立，
申请(专利权)人：华东交通大学，
类型：发明
国别省市：江西,36