复合光催化剂及其制备方法和降解有机酚的方法技术

本发明专利技术涉及有机酚类降解技术领域，公开了一种复合光催化剂及其制备方法和降解有机酚的方法，该复合光催化剂的制备方法包括：(1)将氧化石墨烯、二氧化钛和水混合；(2)对步骤(1)所得混合物进行水热处理，以在所述二氧化钛表面负载氧化石墨烯。采用该方法制得的复合光催化剂特别适用于降解有机酚。本发明专利技术提供的降解有机酚的方法包括：按照上述方法制备复合光催化剂，并将复合光催化剂与含有机酚的液体样品接触，然后进行光照；或者，将复合光催化剂与含有机酚的液体样品接触，然后进行光照，所述复合光催化剂为石墨烯修饰的二氧化钛。本发明专利技术提供的降解有机酚的方法应用对象广、效率高且能耗低。

【技术实现步骤摘要】
复合光催化剂及其制备方法和降解有机酚的方法
本专利技术涉及有机酚类降解
，具体地，涉及一种复合光催化剂及其制备方法和降解有机酚的方法。
技术介绍
有机酚广泛存在于印染、制药、造纸等企业排放的废水中，其在水中溶解性好、毒性高、稳定性好、难降解，是公认最难治理的有机物之一，已被美、欧等多国列为优先控制的环境污染物。目前，处理有机酚类污染物的方法有物理吸附法、化学氧化法、高温焚烧法及微生物处理法等。而这些技术有诸如应用对象窄、效率比较低、耗能高等不足之处。光催化是一种在催化剂存在下的光化学反应，是光化学与催化剂的有机结合。在全球环境污染日趋严重及能源短缺的今天，光催化降解有机物和光催化分解水制氢是近年来发展起来的一种节能、高效绿色环保新技术。二氧化钛作为一种性能稳定高效光催化剂，具有价格低廉，化学性质稳定，无毒无腐蚀等优点，使其成为目前研究最为深入和广泛的半导体材料之一。但是其作为新功能材料的研发，也面临很多局限性，如催化效率不高。基于此，亟需开发新型光催化剂和降解有机酚的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有处理有机酚类污染物的方法应用对象窄、效率低、能耗高的缺陷，提供一种复合光催化剂的制备方法，以及由该方法制得的复合光催化剂和一种降解有机酚的方法。为了实现上述目的，本专利技术提供一种复合光催化剂的制备方法，该制备方法包括：(1)将氧化石墨烯、二氧化钛和水混合；(2)对步骤(1)所得混合物进行水热处理，以在所述二氧化钛表面负载氧化石墨烯。在本专利技术中还提供了一种由上述方法制备的复合光催化剂。同时，在本专利技术中还提供了一种降解有机酚的方法，该方法包括：按照上述方法制备复合光催化剂，并将复合光催化剂与含有机酚的液体样品接触，然后进行光照；或者，将复合光催化剂与含有机酚的液体样品接触，然后进行光照，所述复合光催化剂为石墨烯修饰的二氧化钛。二氧化钛在光作用下，在导带、价带中分别产生电子和空穴，光生空穴可以直接氧化有机污染物；光生电子可以与氧分子或氢氧根结合形成超氧自由基或羟基自由基，这两种物种都可以使有机物发生降解。但是，本专利技术的专利技术人在研究过程中发现，光生空穴和光生电子的寿命短且不稳定，容易复合，从而导致降解效率很低，而利用氧化石墨烯修饰二氧化钛，由于氧化石墨烯的高比面积、高电子传输性能，通过将氧化石墨烯与二氧化钛复合可有效提高光生电子和空穴的分离效率。本专利技术的专利技术人在进一步研究中发现，本专利技术提供的复合光催化剂，在光作用下，产生的空穴特别适合于氧化有机酚，且产生的电子更适于与有机酚的氧原子或氢氧根结合形成超氧自由基或羟基自由基。本专利技术提供的降解有机酚的方法应用对象广、效率高且能耗低。本专利技术的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。具体实施方式以下对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。正如
技术介绍
部分所介绍的，现有技术中存在光催化剂的催化效率不高的现状。为了在一定程度上改变这一现状，在本专利技术中提供了一种复合光催化剂的制备方法，该制备方法包括：(1)将氧化石墨烯、二氧化钛和水混合；(2)对步骤(1)所得混合物进行水热处理，以在所述二氧化钛表面负载氧化石墨烯。本专利技术所提供的这种复合光催化剂的制备方法，通过将氧化石墨烯和二氧化钛结合在一起，并经过水热处理可有效提高光生电子和空穴的分离效率，增强催化剂的光催化效率。本专利技术对所述氧化石墨烯和二氧化钛的用量的选择范围较宽，优选地，所述氧化石墨烯和二氧化钛的用量使得，所制备的复合光催化剂中，氧化石墨烯的含量为1-3重量％，优选为2-3重量％。复合光催化剂中，氧化石墨烯的含量可以通过热重分析方法测定。根据本专利技术的制备方法，优选地，所述氧化石墨烯和二氧化钛的重量比为4-10:100，进一步优选为6-8:100。该优选的方法，更有利于氧化石墨烯修饰二氧化钛，形成更为稳定的纳米异质结构，更有利于提高制得的复合光催化剂的活性。在本专利技术中，优选所述二氧化钛为纳米级二氧化钛粉体，其中的锐钛矿相二氧化钛含量为75-100重量％，平均粒径为15-30nm，比表面积为30-55m2/g。本专利技术对步骤(1)所述的混合没有特别的限定，优选地，步骤(1)中，先将氧化石墨烯超声分散于水中得到氧化石墨烯水溶液，然后加入二氧化钛。该种优选方式更有利于将氧化石墨烯和二氧化钛混合均匀，更有利于提高氧化石墨烯在二氧化钛表面分散的均匀性。本专利技术对所述超声分散的时间没有特别的限定，只要将氧化石墨烯分散均匀即可，可以根据所需要分散的物料的量进行相应的选择，优选所述超声分散的时间为10-60min。根据本专利技术的一种优选实施方式，所述氧化石墨烯水溶液的浓度为0.1-2g/L，进一步优选为0.25-1g/L。本专利技术对所述氧化石墨烯没有特别的限定，可以为本领域常规使用的任何氧化石墨烯，可以通过商购得到，也可以通过自行制备得到(优选通过Hummers法)。本专利技术的专利技术人在研究过程中发现，当所述氧化石墨烯按照如下方法制备时，所得到的复合光催化剂的效率更高。因此，优选地，所述氧化石墨烯通过包括以下步骤的方法获得：在冰浴条件下，在搅拌条件下，将浓硫酸、石墨粉和硝酸钠混合，然后加入高锰酸钾，将得到的混合物升温至12-16℃，反应0.5-1h，0再升温至30-40℃，反应0.2-0.5h，再升温至90-100℃，反应0.2-0.5h，得到氧化的石墨，然后将氧化的石墨进与双氧水溶液混合后进行抽滤，然后用稀盐酸、蒸馏水和乙醇依次洗涤滤饼至无硫酸根离子存在并呈中性，对洗涤后的物质进行干燥，即得到氧化石墨烯。本专利技术对所述浓硫酸、硝酸钠、高锰酸钾以及双氧水的用量和浓度没有特别的限定，只要满足使得石墨氧化得到石墨烯即可，本领域技术人员可以根据实际情况进行选择，例如，当需要氧化1g石墨时，可以使用23mL浓硫酸(浓度可以为98％)，0.5g硝酸钠，6g高锰酸钾和10mL双氧水溶液(浓度为30体积％)。本专利技术对所述干燥的条件没有特别的限定，例如可以为40-60℃下干燥10-15h。根据本专利技术的制备方法，优选地，步骤(2)中，所述水热处理的条件包括：密封环境90-180℃温度下，反应0.5-6h，进一步优选地，密封环境100-140℃温度下，反应2-4h。采用该种优选的方式，更有利于氧化石墨烯对二氧化钛的修饰，更有利于提高复合光催化剂的活性。如果反应时间过长，可能会导致纳米级二氧化钛团聚、粒子长大甚至改变其晶相组成，还可能使氧化石墨烯被还原程度过高等，这些均会降低其光催化活性。本专利技术提供的复合光催化剂的制备方法还包括在水热处理后，对得到的混合物进行离心分离、洗涤并干燥得到复合光催化剂。本专利技术对所述洗涤和干燥没有特别的限定，可以按照常规方法进行，例如，所述洗涤采用去离子水洗涤1-3次，所述干燥的条件可以为40-60℃下干燥10-15h。本专利技术还提供了上述制备的复合光催化剂。通过上述方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合光催化剂的制备方法，其特征在于，该制备方法包括：(1)将氧化石墨烯、二氧化钛和水混合；(2)对步骤(1)所得混合物进行水热处理，以在所述二氧化钛表面负载氧化石墨烯。

【技术特征摘要】
1.一种复合光催化剂的制备方法，其特征在于，该制备方法包括：(1)将氧化石墨烯、二氧化钛和水混合；(2)对步骤(1)所得混合物进行水热处理，以在所述二氧化钛表面负载氧化石墨烯。2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述氧化石墨烯和二氧化钛的用量使得，所制备的复合光催化剂中氧化石墨烯的含量为1-3重量％。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中，所述氧化石墨烯和二氧化钛的重量比为4-10:100，优选为6-8:100。4.根据权利要求1-3中任意一项所述的制备方法，其中，步骤(1)中，先将氧化石墨烯超声分散于水中得到氧化石墨烯水溶液，然后加入二氧化钛；优选所述氧化石墨烯水溶液的浓度为0.1-2g/L，进一步优选为0.25-1g/L。5.根据权利要求1-3中任意一项所述的制备方法，其中，步骤(2)中，所述水热处理的条件包括：密封环境90-180℃温度下，反应0.5-6h，优选地，密封环境100-140℃温度下，反应2-4h。6.由权利要求1-5中任意一项所述的方法制备的复合光催化剂。7...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘兴，赵兰华，赖华，
申请(专利权)人：衡阳师范学院，
类型：发明
国别省市：湖南,43