石墨烯/二氧化钛材料的静电自组装制备方法及其应用技术

一种石墨烯/二氧化钛材料的静电自组装制备方法及其运用，属于光催化和空气净化领域。石墨烯/二氧化钛材料制备方法包括以下步骤：1）石墨烯化学改性：将改性剂一加入石墨烯分散液中；2）二氧化钛化学改性：将改性剂二加入二氧化钛分散液中；3）将步骤2改性后的二氧化钛分散液干燥后加入步骤1改性后的石墨烯分散液中，并在常温下机械搅拌3小时‑5小时；4）将步骤3制备的混合液进行干燥。本发明专利技术的有益效果是：本发明专利技术制备的石墨烯/二氧化钛材料对甲醛有着优异的光催化降解性能，且制备方法操作简单、耗能小、易于大规模制备石墨烯/二氧化钛材料，为石墨烯/二氧化钛材料商业化应用提供了一种可能。

【技术实现步骤摘要】
石墨烯/二氧化钛材料的静电自组装制备方法及其应用
本专利技术属于光催化和空气净化
，具体涉及石墨烯/二氧化钛材料的静电自组装制备方法及其应用。
技术介绍
随着社会的发展，人们对于居住环境的质量要求也日益增高，如何有效的去除空气中的有害气体，尤其是甲醛，成为了研究的热点。目前常用的甲醛去除方法是使用活性炭等多孔碳材料进行吸附，这种方法存在着无法彻底去除甲醛、放置至吸附饱和后即失活、以及活性炭材料表面甲醛浓度高造成脱附释放甲醛造成二次污染等问题。光催化去除有机污染物的出现为甲醛的去除提供了一种新的方法，在紫外线照射条件下，二氧化钛（P25）产生的电子-空穴对的强氧化性矿化降解有机污染物，具有能耗低、二次污染少、有效期长等优点。但是，由于二氧化钛（P25）产生的电子-空穴对在迁移至二氧化钛（P25）表面的过程中，容易复合，从而极大地降低了二氧化钛（P25）的光催化性能，因此，抑制二氧化钛（P25）载流子的复合是提高光催化性能的一种有效手段。石墨烯（PDR）是一种具有高电导率的二维材料，将石墨烯（PDR）与二氧化钛（P25）复合，有利于促进光生电子从二氧化钛（P25）表面转移至石墨烯（PDR），从而促进电子-空穴对的分离，抑制二氧化钛（P25）载流子的复合，从而提高光催化效率。专利CN104538184A公开了利用醋酸对商业二氧化钛（P25）进行表面改性，增强二氧化钛（P25）表面双电层厚度，从而减少二氧化钛（P25）纳米颗粒的软团聚，使得二氧化钛（P25）分散液稳定存在且粒径与二氧化钛（P25）基本颗粒大小一致，二氧化钛（P25）基本颗粒大小为21nm，从而极大地增强了二氧化钛（P25）的光电性能。专利CN107519856A公开了利用水热法成功制备石墨烯/二氧化钛复合物，在甲醛浓度为0.02mol/L光催化降解24小时，去除率为92%。但是此专利利用水热法制备氧化石墨烯（PDR），此生产过程存在严重的环境污染且不能大规模生产，120℃水热反应20小时，消耗大量的电能，在商业化大规模生产中造成制备成本过高，市场竞争力低等劣势。专利CN106450243A公开了利用静电自组装法制备出钛醇/氧化石墨烯（PDR）复合材料，然后在干燥的过程中将钛醇分解为二氧化钛（P25），最后使用水合肼在180℃水热条件下将氧化石墨烯（PDR）还原为还原石墨烯（PDR），从而制得石墨烯/二氧化钛复合物。此专利生产过程复杂、能耗高且水合肼在使用过程中存在严重的安全问题，从而不利于大规模生产。因此，研究一种低成本、大规模生产且高效的光催化剂对甲醛等有害气体快速、充分高效降解的光催化材料具有很重要的现实意义。
技术实现思路
为克服现有技术存在的技术缺陷，本专利技术公开了一种石墨烯/二氧化钛材料的静电自组装制备方法，成本低，耗能小，本专利技术所制备的复合材料具有良好的光催化降解能力。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是石墨烯/二氧化钛材料的静电自组装制备方法，包括以下步骤：1）石墨烯化学改性：将改性剂一加入石墨烯分散液中，使石墨烯的Zeta电位为负；2）二氧化钛化学改性：将改性剂二加入二氧化钛分散液中，使二氧化钛的Zeta电位为正；3）将步骤2改性后的二氧化钛分散液干燥后加入步骤1改性后的石墨烯分散液中，并在常温下机械搅拌3小时-5小时，使二氧化钛静电自组装在石墨烯表面；4）将步骤3制备的混合液进行干燥。优选地，在步骤1中，在每100ml去离子水中加入50mg-100mg石墨烯（PDR）后，再加入浓度为0CMC-80CMC改性剂一，置于超声仪中超声后再搅拌，最后离心去除多余的改性剂一，将产物重新分散于100ml去离子水中，得到改性后的石墨烯（PDR）分散液。优选地，在步骤2中，将2g二氧化钛（P25）分散于每50ml去离子水中，再加入0.5ml-3ml改性剂二，密封后置于温度为85℃-95℃环境中反应9小时-11小时，再置于温度为40℃-90℃环境中干燥，得到改性后的二氧化钛（P25）。优选地，在步骤3中，将步骤（2）制备的改性二氧化钛加入步骤1制备的石墨烯分散液中，常温下机械搅拌3小时-5小时，其中，改性后的二氧化钛与石墨烯分散液的质量比为（49~50）：1。优选地，在步骤1中，置于超声仪中超声后再搅拌此过程重复多次，且每次搅拌时间10分钟-15分钟，每次超声时间为10分钟-15分钟。优选地，所述改性剂一为十二烷基苯磺酸钠（SDBS）。优选地，所述改性剂二为醋酸。优选地，在步骤（1）中，改性后的石墨烯的Zeta电位为-61.1mV；在步骤（2）中，改性后的二氧化钛的Zeta电位为+45.3mV。本专利技术还提供了石墨烯/二氧化钛材料作为光催化材料在甲醛去除中的运用。本专利技术采用“吸附-光催化”模式去除甲醛等有害气体，具体为：首先通过石墨烯（PDR）对甲醛气体进行吸附，实现甲醛气体的富集；其次，通过二氧化钛（P25）对甲醛进行光催化降解，实现甲醛气体的清除。其中，石墨烯（PDR）的加入实现了二氧化钛（P25）光生电子的快速转移，抑制了二氧化钛（P25）光生电子与空穴的复合，增加光生电子的寿命。对二氧化钛（P25）进行表面改性，有效的减少二氧化钛（P25）纳米粒子的软团聚，同时石墨烯（PDR）作为衬底，进一步降低二氧化钛（P25）纳米的团聚现象，增强其光催化活性。本专利技术的有益效果是：利用市场可得的石墨烯（PDR）和二氧化钛（P25），且分别对石墨烯（PDR）和二氧化钛（P25）进行表面改性，使两者的表面电荷异号，利用异号电荷之间的静电引力，将带正电荷的二氧化钛（P25）自组装在带负电荷的石墨烯（PDR）表面，从而形成石墨烯/二氧化钛材料。石墨烯（PDR）和二氧化钛（P25）之间的静电引力使得两者之间紧密接触，降低两相之间的势垒，促进二氧化钛（P25）光生电子的转移，极大的减少光生电子与空穴的复合；不同二氧化钛（P25）纳米粒子之间的电荷斥力，进一步减少二氧化钛（P25）纳米颗粒之间的团聚，有助于发挥纳米粒子的量子效应。本专利技术操作简单、耗能小、易于大规模制备石墨烯/二氧化钛材料，为石墨烯/二氧化钛材料商业化应用提供了一种可能；石墨烯/二氧化钛材料光催化去除甲醛测试结果表明，本专利技术所提供的石墨烯/二氧化钛材料对甲醛有着优异的光催化降解性能，在经过该复合材料的吸附降解处理后，在9h内对家居中的较低浓度甲醛去除率达到70%。附图说明图1是本专利技术的改性后的石墨烯（PDR）、改性后的二氧化钛（P25）的ZETA电位示意图。图2a是实施例4制备的石墨烯/二氧化钛材料TEM图；图2b是实施例1制备的石墨烯/二氧化钛材料TEM图。图3是本专利技术在十二烷基苯磺酸钠（SDBS）浓度范围不同的条件下制备的石墨烯/二氧化钛材料在光催化甲醛降解的效率对比图，其中，代表任何时间的的甲醛浓度，代表初始的甲醛浓度。具体实施方式以下结合附图及附图标记对本专利技术的实施方式做更详细的说明，使熟悉本领域的技术人在研读本说明书后能据以实施。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、“水平”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.石墨烯/二氧化钛材料的静电自组装制备方法，其特征在于：包括以下步骤：1）石墨烯化学改性：将改性剂一加入石墨烯分散液中，使石墨烯的Zeta电位为负；2）二氧化钛化学改性：将改性剂二加入二氧化钛分散液中，使二氧化钛的Zeta电位为正；3）将步骤2改性后的二氧化钛分散液干燥后加入步骤1改性后的石墨烯分散液中，并在常温下机械搅拌3小时‑5小时，使二氧化钛静电自组装在石墨烯表面；4）将步骤3制备的混合液进行干燥。

【技术特征摘要】
1.石墨烯/二氧化钛材料的静电自组装制备方法，其特征在于：包括以下步骤：1）石墨烯化学改性：将改性剂一加入石墨烯分散液中，使石墨烯的Zeta电位为负；2）二氧化钛化学改性：将改性剂二加入二氧化钛分散液中，使二氧化钛的Zeta电位为正；3）将步骤2改性后的二氧化钛分散液干燥后加入步骤1改性后的石墨烯分散液中，并在常温下机械搅拌3小时-5小时，使二氧化钛静电自组装在石墨烯表面；4）将步骤3制备的混合液进行干燥。2.如权利要求1所述的石墨烯/二氧化钛材料的静电自组装制备方法，其特征在于：在步骤1中，在每100ml去离子水中加入50mg-100mg石墨烯后，再加入浓度为0CMC-80CMC改性剂一，置于超声仪中超声后再搅拌，最后离心去除多余的改性剂一，将产物重新分散于100ml去离子水中，得到改性后的石墨烯分散液。3.如权利要求1所述的石墨烯/二氧化钛材料的静电自组装制备方法，其特征在于：在步骤2中，将2g二氧化钛分散于每50ml去离子水中，再加入0.5ml-3ml改性剂二，密封后置于温度为85℃-95℃环境中反应9小时-11小时，再置于温度为40℃-90℃环境中干燥，得到改性后的二氧化钛。4.如权利要求1所述的石墨烯/二氧化钛材料的静电自...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈金伟，张进，王瑞林，王刚，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川,51