一种光催化降解真菌毒素的杂化材料graphene/TiO2及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种光催化降解真菌毒素的杂化材料graphene/TiO2，该杂化材料graphene/TiO2主要包括TiO2纳米颗粒及其表面包覆的单层或多层石墨烯片，它是由氧化石墨烯和TiO2纳米颗粒按照质量比为0.1‑10:100的比例经过水热合成法制得的；另外，本发明专利技术通过石墨烯修饰量和光降解时间等条件考察了杂化材料graphene/TiO2对光催化降解真菌毒素的影响。本发明专利技术通过水热法制备具有高活性的杂化材料graphene/TiO2，工艺简单，适合于工业化大批量生产，并且将光催化降解技术应用于降解真菌毒素领域具有很高的应用前景和实用价值。

A photocatalytic degradation of mycotoxins in hybrid material graphene/TiO2 and preparation method and application thereof

The invention discloses a hybrid material of graphene/TiO2 photocatalytic degradation of mycotoxins, the hybrid materials mainly include graphene/TiO2 coated TiO2 nanoparticles and the surface of the monolayer or multilayer graphene sheets, which is composed of graphene oxide and TiO2 nano particles according to the quality ratio of 0.1 10:100 through hydrothermal synthesis method; in addition, the effects of the hybrid material graphene/TiO2 on the photocatalytic degradation of mycotoxins by graphene modified and light degradation time etc.. Graphene/TiO2 hybrid materials, the invention prepared by hydrothermal method with high activity process is simple and suitable for industrial production, and the application of photocatalysis in degradation of mycotoxins field has very high application prospect and practical value.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于分析化学领域，具体涉及一种光催化降解真菌毒素的杂化材料graphene/TiO2及其制备方法和应用
技术介绍
真菌毒素是一些真菌，如曲霉属、青霉属及镰孢属，在生长过程中产生的易引起人和动物病理变化和生理变态的次级代谢产物，对人和动物毒性很高。迄今发现已有300种真菌毒素，其中具有代表性的真菌毒素有单端孢霉烯族毒素(如DON)、玉米赤霉烯酮(ZEN)、伏马毒素B1(FB1)、黄曲霉毒素(AFT)、赭曲霉毒素A(OTA)和T-2毒素等。真菌毒素污染粮食和饲料后，进入食物链，从而影响动物生产性能和人们健康。由于真菌毒素化学、生物学和毒理学性质多种多样，因此其毒性作用差别也很大，取决于其摄入水平、暴露时间、动物种属、身体状况及饲料或食物中同时存在真菌毒素之间协同作用等。但其共同毒性主要是致DNA损伤和细胞毒性二个方面；具体来讲，真菌毒素主要毒性作用包括致癌作用、遗传毒性、致畸作用、肝细胞毒性、中毒性肾损害、生殖紊乱和免疫抑制。现有的处理真菌毒素的方法效果还不够理想，主要包括物理法、化学法、吸附法及生物法等。物理法脱毒不彻底，环境成本高；化学法快捷迅速，但容易残留有毒物质，影响品质；吸附法需要进行脱附处理，易产生二次污染；生物法处理耗时较长，成本过高，代谢产物毒性不清楚。因此，函待发展一种绿色高效的前沿脱毒技术，有望大幅度提高呕吐毒素的消减效果，降低治理成本。对于保障国家粮食安全和人类健康具有重要的意义。光催化技术直接利用太阳能在深度降解有机污染物方面已经得到了深入的研究，具有反应条件温和，能充分利用太阳能，无二次污染，处理成本低等优点。目前，光催化技术存在的主要科学问题是量子效率不高和可见光活性差。要解决以上的问题，须从光催化反应的本质考虑，一是如何进一步抑制光生电子和空穴的复合几率，提高光催化的量子效率问题；二是如何进一步拓展太阳光吸收波段，开发具有可见光甚至红外光响应的光催化体系。光催化体系中，电荷的分离和光生载流子的迁移是反应的决速步，但由于热量的损失、表面及体相的缺陷等外界因素的存在，会使光致电子和空穴发生复合。因此，要想提高光催化反应的量子效率，选择合适的改性方法以降低电子-空穴复合率成为研究的关键点。TiO2是一种传统紫外光性催化剂，由于禁带宽度(3.2eV)较宽，原则上只能吸收波长短于387nm的紫外光，光响应范围窄不能利用可见光、电子空穴对复合率高，量子效率较低，限制了TiO2纳米颗粒作为光催化剂的大规模应用和发展。因此对TiO2纳米颗粒改性以提高其光催化活性。但存在的主要问题包括：量子产率偏低，光谱响应范围窄，光催化剂的分离和回收困难。因此，构筑一种更加高效的体系来提高TiO2纳米颗粒的活性和稳定性尤为重要。本专利技术通过简易、绿色的制备方法得到一种光催化降解真菌毒素的杂化材料graphene/TiO2，可以大幅提高光催化性能。通过本专利技术的方法将有望在真菌毒素的脱除领域引入一种新方法，有助于推动真菌毒素控制和功能材料领域的交叉融合，为真菌毒素降解方法提供部分依据和新思路。
技术实现思路
本专利技术的第一个目的在于提供一种光催化降解真菌毒素的杂化材料graphene/TiO2。本专利技术的第二个目的在于提供一种光催化降解真菌毒素的杂化材料graphene/TiO2的制备方法。本专利技术的第三个目的在于提供一种光催化降解真菌毒素的杂化材料graphene/TiO2在光催化降解真菌毒素中的应用。为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种光催化降解真菌毒素的杂化材料graphene/TiO2，该杂化材料graphene/TiO2主要包括TiO2纳米颗粒及其表面包覆的单层或多层石墨烯片，它是由氧化石墨烯和TiO2纳米颗粒按照质量比为0.1-10:100的比例经过水热合成法制得的。一种光催化降解真菌毒素的杂化材料graphene/TiO2的制备方法，包括如下步骤：1)将氧化石墨烯分散液先进行第一次超声处理，然后将超声处理后的氧化石墨烯分散液进行低速离心处理，离心处理后除去下层聚集体，得上层溶液；将所述上层溶液进行第二次超声处理，然后将超声处理后的上层溶液进行高速离心处理，离心处理后除去上层未剥离的氧化石墨烯，得剥离的氧化石墨烯；将剥离后的氧化石墨烯分散于去离子水中，继续进行第三次超声处理，得呈单层或多层结构的氧化石墨烯分散液；2)将呈单层或多层结构的氧化石墨烯分散液和TiO2纳米颗粒混合搅拌，然后进行第四次超声处理使TiO2纳米颗粒形成均一的纳米分散态，得混合物；所述混合物中氧化石墨烯和TiO2纳米颗粒的质量比为0.1-10:100；3)将所述混合物进行水热反应，反应结束后得杂化材料graphene/TiO2。进一步，所述第一次超声处理的具体条件没有限定，是指能使氧化石墨烯分散液形成均一的分散液；所述第二次超声处理的条件没有限定，是指能使所述上层溶液中氧化石墨烯进行剥离；所述第三次超声处理的条件没有限定，是指能使剥离后的氧化石墨烯均匀分散在去离子水中，并使剥离后氧化石墨烯进行再次剥离；所述第四次超声处理的条件没有限定，是指能使TiO2纳米颗粒形成均一的纳米分散态；进一步，经过水热反应后，氧化石墨烯还原为石墨烯。本专利技术通过调节加入氧化石墨烯和TiO2纳米颗粒的质量比，从而调节杂化材料graphene/TiO2表面石墨烯的修饰量。进一步，所述低速离心处理的转速为2000-5000r/min；所述高速离心处理的转速为8000-20000r/min。进一步，所述氧化石墨烯溶液的浓度为0.1-10mg/mL。进一步，所述水热反应的温度为160-180℃。进一步，所述水热反应的时间为4-10h(例如：4、5、6、7、8、9或10h)。进一步，单层氧化石墨烯的厚度为0.78nm。进一步，所述TiO2纳米颗粒的粒径为10-21nm；优选地，所述TiO2纳米颗粒的粒径为21nm。进一步，本专利技术所述的多层是指由单层组成的五层及五层以内的多层本专利技术通过超声处理和离心处理相结合，将氧化石墨烯进行层状结构的剥离，形成单层或多层结构的氧化石墨烯，然后通过水热法在TiO2纳米颗粒表面包覆层状结构的石墨烯片，从而制备成杂化材料graphene/TiO2。一种光催化降解真菌毒素的杂化材料graphene/TiO2在光催化降解真菌毒素中的应用。进一步，所述真菌毒素为脱氧雪腐镰刀菌烯醇、玉米赤霉烯酮、黄曲霉毒素、伏马毒素、赭曲霉毒素或T-2毒素。进一步，一种光催化降解真菌毒素的杂化材料graphene/TiO2在光催化降解真菌毒素中的应用，它通过如下方法实现：1)将所述杂化材料graphene/TiO2加入到真菌毒素样品中，超声处理0.5-1h，再搅拌0.5-1h，得第一混合液；2)将所述第一混合液进行光降解。进一步，光降解采用波长λ〈1000nm的光源进行照射。进一步，所述光降解时间为120-300min。进一步，所述真菌毒素样品中真菌毒素的浓度≥0.1μg/kg。另外注意的是，如果没有特别说明，本专利技术所记载的任何范围包括端值以及端值之间的任何数值以及以端值或者端值之间的任意数值所构成的任意子范围。本专利技术的有益效果如下：1、通过本专利技术的方法将氧化石墨烯进行层状结构的剥离，然后通过水热法在TiO2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光催化降解真菌毒素的杂化材料graphene/TiO2，其特征在于，该杂化材料graphene/TiO2主要包括TiO2纳米颗粒及其表面包覆的单层或多层石墨烯片，它是由氧化石墨烯和TiO2纳米颗粒按照质量比为0.1‑10:100的比例经过水热合成法制得的。

【技术特征摘要】
1.一种光催化降解真菌毒素的杂化材料graphene/TiO2，其特征在于，该杂化材料graphene/TiO2主要包括TiO2纳米颗粒及其表面包覆的单层或多层石墨烯片，它是由氧化石墨烯和TiO2纳米颗粒按照质量比为0.1-10:100的比例经过水热合成法制得的。2.一种如权利要求1所述的杂化材料graphene/TiO2的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)将氧化石墨烯分散液先进行第一次超声处理，使氧化石墨烯分散液形成均一的分散液；然后进行低速离心处理，离心处理后除去下层聚集体，得上层溶液；将所述上层溶液进行第二次超声处理，使所述上层溶液中氧化石墨烯进行剥离，然后再进行高速离心处理，离心处理后除去上层未剥离的氧化石墨烯，得剥离的氧化石墨烯；将剥离的氧化石墨烯分散于去离子水中，继续进行第三次超声处理，使剥离的氧化石墨烯均匀分散在去离子水中，并进行再次剥离，得呈单层或多层结构的氧化石墨烯分散液；2)将呈单层或多层结构的氧化石墨烯分散液和TiO2纳米颗粒混合搅拌，然后进行第四次超声处理使TiO2纳米颗粒形成均一的纳米分散态，得混合物；所述混合物中氧化石墨烯和TiO2纳米颗粒的质量比为0.1-10:100；3)将所述混合物进行水热反应，反应结束后得杂化材料graphene/TiO2。...

【专利技术属性】
技术研发人员：白小娟，孙长坡，罗晓宏，伍松陵，王峻，柴成梁，
申请(专利权)人：国家粮食局科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11