一种TiO2/RGO气凝胶及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种TiO2/RGO气凝胶及其制备方法和应用，属于材料制备和环境净化的技术领域。采用半胱氨酸作为还原剂及交联剂，首次通过简单的一步水热法将TiO2负载于RGO气凝胶上形成TiO2/RGO气凝胶，具有直径为2.0cm，高为3.5cm的宏观结构。本发明专利技术所制备的气凝胶具有高比表面积，能够高效吸附和光催化治理含油废水，且易分离回收。制备方法简单，原料廉价易得，有利于大规模的工业生产，具备显著的经济和社会效益。

【技术实现步骤摘要】
—种Ti02/RG0气凝胶及其制备方法和应用
本专利技术属于材料制备和环境净化的
，具体涉及一种高效吸附和光催化治理含油废水的光催化剂Ti02/RG0气凝胶及其制备方法。
技术介绍
无机粉体的改性往往是表面从亲水到疏水的改性过程。对于具有光催化活性的T12材料，一种改性的方法是改变T12的表面形貌结构，例如Jin等人用水热法合成了具有微纳米分层结构表面形貌的T12，该形貌结构的表面具有超强的亲/疏水性能；Lin等人利用电化学阳极氧化钛片的方法制备了 T12纳米纤维管阵列，该阵列的形貌具有光控超亲/疏水的性质。另一种增强亲/疏水性的方法是在T12的表面添加有机物，例如Sawada等人在制备有T12层的基材表面接枝F硅烷，研究指出由于高分子F试剂的引入使得T12的亲/疏水转换性更强，相比其它高分子复合材料的稳定性也更强。另外还有研究者将两种方法结合在一起，例如=Athanass1u等人用光蚀刻技术制备粗糙的T12表面,并且在表面上接枝螺吡喃，使得T12表面的疏水性得到进一步增强。虽然T12疏水性的研究已经取得了很大的进展，但还有不少的问题需要去解决。首先，处理疏水的工艺复杂且所用的低表面能物质的价格昂贵，且对设备的要求高，反应的时间长。其次，由于疏水表面的机械强度差，易受外力的破坏，使其表面结构受到损坏，导致表面的疏水性大大降低甚至丧失；另外，疏水表面有可能被某些油性的物质污染，在使用的过程中也可能被别的物质污染，使得其疏水性逐渐降低，最终使T12粉体聚沉，大大影响其光催化活性。 在实际应用中，将T12负载于简单易得的疏水性固体材料表面使其成为疏水型复合光催化剂，是非常有价值的。基于此，许多疏水型固体材料已经被作为T12的载体，而优良的疏水型载体还应该要有大比表面积，大孔径，能够快速传质等特点。以半胱氨酸和氧化石墨作为前驱体合成的RGO气凝胶由于它的超疏水性可作为一种新型吸附材料用于溢油污染治理，以及其超轻的密度能够使它漂浮在水面上接收更多的阳光，因此可以作为良好的纳米光催化剂的载体。除此之外，RGO的引入还能够减缓光生电子和空穴的复合，有利于提高光催化活性。基于这些特性，此RGO气凝胶可作为纳米光催化剂载体的首选。然而，研究T12与RGO气凝胶形成疏水型气凝胶及光催化应用尚处于起步阶段。因此，开发具有可控润湿性，生产工艺简单，易分离回收的气凝胶光催化材料对推广光催化技术的实际应用以及含油废水的治理有重大的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种Ti02/RG0气凝胶及其制备方法和应用，拟解决传统光催化剂在吸附和治理含油废水时效率低下、容易失活、不易分离回收等问题。本专利技术所制备的光催化剂Ti02/RG0气凝胶具有高比表面积，可控润湿性，能够高效吸附和光催化治理含油废水，且易分离回收。制备方法简单，原料廉价易得，有利于大规模的工业生产，具备显著的经济和社会效益。 为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案:一种Ti02/RG0气凝胶是将T12负载于还原氧化石墨烯气凝胶上，具有直径为2.0 cm,高为3.5 cm的宏观结构。该气凝胶具有高比表面积，轻密度，能够有效地减缓光生电子和空穴的复合，使用后易分离回收。 所述的气凝胶的制备方法为水热法:将T1SO4加入50 mL溶有200 mg半胱胺酸的水溶液中，在室温下剧烈搅拌10?40 min,然后加入20 mL的氧化石墨烯(5 mg/mL),转入10mL的水热釜中，在10(Tl60°C下反应1(T20 h。冷却后，产物水凝胶经洗涤，冻干即得到所述的气凝胶，其中T12负载量为14.3-76.9wt.%。 所述的Ti02/RG0气凝胶用于吸附和光催化治理含油废水。 本专利技术的显著优点在于:(I)本专利技术首次将Ti02/RG0气凝胶应用于光催化领域，其比表面积大，可控润湿性，密度小，能够有效地减缓光生电子和空穴的复合，使用后易分离回收，提高其光催化性能进而高效地治理含油废水。 (2)本专利技术采用高效便捷的水热法，利用半胱胺酸作为还原剂及交联剂，将T12负载于1?0气凝胶上形成1102/1?0气凝胶，具有直径为2.0 cm，高为3.5 cm的宏观结构。制备方法简单易行，有利于大规模的工业生产。 (3) Ti02/RG0气凝胶能高效地吸附和光催化治理含油废水，同时具有良好的活性稳定性。在光催化反应体系中可以方便地进行分离回收，光催化剂可再生能力强，重复利用率高，具有很高的实用价值和应用前景。 【附图说明】 图1是本专利技术不同含量的Ti02/RG0气凝胶的照片。 图2是本专利技术Ti02/RG0气凝胶和单一组分的X射线衍射(XRD)图。 图3是本专利技术Ti02/RG0气凝胶和T12的紫外可见漫反射(DRS)图。 图4是本专利技术Ti02/RG0气凝胶和T12的氮气吸附-脱附等温线(BET)。 图5是本专利技术Ti02/RG0气凝胶的水接触角图。 图6是本专利技术Ti02/RG0气凝胶对不同种类的有机溶剂吸附的情况。 图7是本专利技术Ti02/RG0气凝胶吸附和光催化降解油酸的红外(IR)对比图。 图8是本专利技术Ti02/RG0气凝胶吸附及光催化降解油酸及回收过程的照片。 【具体实施方式】 实施例1具有高效吸附和光降解能力Ti02/RG0气凝胶的制备将T1SO4加入50 mL溶有200 mg半胱胺酸的水溶液中，在室温下剧烈搅拌10?40min,然后加入20 mL的氧化石墨烯(5 mg/mL),转入10mL的水热爸中，在100?160°C下反应1(T20 h。冷却后，产物水凝胶经洗涤，冻干即得到所述气凝胶，其中T12负载量为14.3-76.9wt%。图1展示了本专利技术的不同含量的Ti02/RG0气凝胶的照片，说明在此比例范围内都能形成良好的气凝胶。图2展示了本专利技术的Ti02/RG0气凝胶的X射线衍射(XRD)图，从图中可以发现所制备的样品为T12和RGO的复合物。图3展示了 Ti02/RG0和T12的紫外可见漫反射(DRS)图，从图中可以看出复合光催化剂的吸收带边并没有改变，说明1102只是负载于RGO的表面。但365nm之后吸收峰显著提高，说明由于RGO的引入增强了复合物在可见光区域的吸收，在光催化领域有较强的应用前景。图4展示了本专利技术Ti02/RG0和T12的氮气吸附-脱附等温线，说明较单一的T12而言，RGO的引入增大了催化剂的比表面积，对有机污染物具有较强的吸附性能，更有利于光催化降解有机污染物。图5展示了 Ti02/RG0气凝胶的水接触角图，从图中可以看出在T12的负载量在14.3-76.9wt%, Ti02/RG0气凝胶都属于疏水型气凝胶，且改变T12的负载量可调节气凝胶表面润湿性，能够吸附漂浮于水面的有机污染物。 实施例2Ti02/RG0气凝胶吸附不同种类的有机溶剂将得到的Ti02/RG0气凝胶用于吸附不同种类的有机溶剂，取气凝胶加入装有有机溶剂的烧杯，待其吸附饱和，取出浙干其表面的有机溶剂，称取增重量。本专利技术的Ti02/RG0气凝胶吸附各种有机溶剂的情况如图6所示，对有机溶剂的吸附量能够达到自身质量的43-120倍。 实施例3Ti02/RG0气凝胶吸附和光催化降解油酸将得到的Ti02/RG0气凝胶用于吸附本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种TiO2/RGO气凝胶，其特征在于：将TiO2负载于还原氧化石墨烯气凝胶上，其中TiO2的负载量为14.3‑76.9 wt.%。

【技术特征摘要】
1.一种Ti02/RG0气凝胶，其特征在于:将T12负载于还原氧化石墨烯气凝胶上，其中T12 的负载量为 14.3-76.9 wt.%。2.一种制备如权利要求1所述的Ti02/RG0气凝胶的方法，其特征在于:采用水热法制备Ti02/RG0气凝胶。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于:在4g/L半胱氨酸溶液...

【专利技术属性】
技术研发人员：李朝晖，刘文君，陈旬，戴文新，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建;35