一种RGO/TiO2/Ag气凝胶型光催化剂的制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种RGO/TiO2/Ag气凝胶型光催化剂及其制备方法和应用，是以氧化石墨烯、钛酸丁酯和硝酸银为原料，依次采用热还原法、紫外光照还原法和冷冻干燥法制备而成。本发明专利技术催化剂具有气凝胶结构，比表面积大，吸附能力强，结构性强，且易于回收。

Preparation and application of a RGO/TiO2/Ag aerogel photocatalyst

【技术实现步骤摘要】
一种RGO/TiO2/Ag气凝胶型光催化剂的制备方法和应用
本专利技术涉及一种光催化剂的制备方法和应用，特别是一种RGO/TiO2/Ag气凝胶型光催化剂的制备方法和应用。
技术介绍
随着工业的发展，空气和废水中的甲醛含量日益增多。由于甲醛存在广泛且在低含量的情况下仍具有较高的致癌性和致畸性，因此甲醛的高效去除具有重要意义。相比于其他的一些治理措施，光催化降解技术日趋成熟，并逐渐得到人们的关注。采用光降解技术解决环境污染问题现已成为治理环境的重要举措之一。由于二氧化钛具有卓越的光催化性能、优良的化学稳定性以及价格低廉等诸多优点，故而成了应用最为广泛的光催化剂材料。然而，在实际使用过程中，由于纳米二氧化钛的禁带宽度较高，光生电子-空穴对又极易复合，导致二氧化钛对光能的利用率低下，难以做到实际运用。与此同时，直接使用粉末状的二氧化钛也面临着光催化剂不易回收，难以做到二次利用。大量研究表明在半导体表面沉积贵金属可形成电子势阱，促使电子与空穴对的分离，有效防止电子与空穴对的重组。同时石墨烯具有较大的比表面积和良好的电子导通性，可为反应提高活性位点。因此使用石墨烯和金属银对二氧化钛进行改性，两者协同作用可进一步提高二氧化钛的光催化效率。除此之外，现有的大部分改性方法仅仅是针对二氧化钛的能带结构进行改性，二氧化钛的回收和再利用，成为如今技术难点。气凝胶具有超强的吸附能力，并且结构性强应用前景十分广阔。因此RGO/TiO2/Ag型气凝胶光催化剂的研发具有重要意义。而关于RGO/TiO2/Ag型气凝胶光催化剂的相关工作目前尚未报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种RGO/TiO2/Ag气凝胶型光催化剂及其制备方法和应用。本专利技术催化剂具有气凝胶结构，比表面积大，吸附能力强，结构性强，且易于回收。本专利技术的技术方案：一种RGO/TiO2/Ag气凝胶型光催化剂的制备方法，是以氧化石墨烯、钛酸丁酯和硝酸银为原料，依次采用热还原法、紫外光照还原法和冷冻干燥法进行制备。前述的RGO/TiO2/Ag气凝胶型光催化剂的制备方法，具体包括如下步骤：1)RGO/TiO2的制备：将氧化石墨烯、钛酸丁酯与无水乙醇混合，25-50℃恒温水浴搅拌至混合均匀，得混合液；将盐酸、无水乙醇和去离子水混合制成滴定液；采用溶胶凝胶法，将滴定液加入混合液直至形成凝胶；将凝胶先陈化、然后烘干并研磨成粉，接着在氮气气氛下的加热炉中热处理，即得RGO/TiO2光催化剂；2)RGO/TiO2/Ag光催化剂的制备：在无水乙醇体系下，将步骤1)制得的RGO/TiO2光催化剂与硝酸银混合，在紫外灯下光照处理(使得Ag+得电子，还原成Ag，负载在二氧化钛表面)，然后对处理液进行离心、无水乙醇洗涤2-3次并烘干，得粉末固体，将粉末固体在氮气气氛下的加热炉中热处理，得RGO/TiO2/Ag光催化剂；3)RGO/TiO2/Ag气凝胶型光催化剂的制备：向步骤2)制得的RGO/TiO2/Ag光催化剂中加入聚乙烯醇溶液，制成混合液，将混合液进行第一次冷冻，第一次冷冻过程中不断搅拌混合液，直至混合液均匀凝固，然后将凝固所得的块体进行第二次冷冻干燥，得RGO/TiO2/Ag气凝胶型光催化剂。前述的RGO/TiO2/Ag气凝胶型光催化剂的制备方法，所述步骤1)中，氧化石墨烯与钛酸丁酯的质量比大于0小于等于0.3：9；滴定液中，盐酸、无水乙醇和去离子水的体积比为1:20-30:5-7；所述的陈化时间为5-12h，陈化后先在60-80℃烘干并研磨成粉，接着在氮气气氛下350-450℃的管式炉中热处理1-5h。前述的RGO/TiO2/Ag气凝胶型光催化剂的制备方法，所述氧化石墨烯与钛酸丁酯的质量比为0.02:9；滴定液中，盐酸、无水乙醇和去离子水的体积比为1.8:50:12；所述的陈化时间为6h，陈化后先在70℃烘干并研磨成粉，接着在氮气气氛下400℃的管式炉中热处理3h。前述的RGO/TiO2/Ag气凝胶型光催化剂的制备方法，所述步骤2)中，RGO/TiO2光催化剂与硝酸银的质量比为1:0.02-0.04，RGO/TiO2光催化剂与无水乙醇的质量体积比为1g:40-50ml，所述的紫外灯下光照处理的条件为：光照功率200-500W，光照时间5-120min，并在搅拌条件下光照；粉末固体在氮气气氛下100-400℃的管式炉中热处理0.5-3h。前述的RGO/TiO2/Ag气凝胶型光催化剂的制备方法，所述RGO/TiO2光催化剂与硝酸银的质量比为1:0.03，RGO/TiO2光催化剂与无水乙醇的质量体积比为1g：45ml，粉末固体在氮气气氛下300℃的管式炉中热处理1h。前述的RGO/TiO2/Ag气凝胶型光催化剂的制备方法，所述步骤3)中，聚乙烯醇溶液的质量分数为0.5％-5％，RGO/TiO2/Ag光催化剂与聚乙烯醇溶液的质量比为1:1-5；所述的第一次冷冻温度为-15～-25℃；所述第二次冷冻温度为-30～-50℃，冷冻时间15-60h。前述的RGO/TiO2/Ag气凝胶型光催化剂的制备方法，所述聚乙烯醇溶液的质量分数为1.5％，RGO/TiO2/Ag光催化剂与聚乙烯醇溶液的质量比为3:7；所述第一次冷冻温度为-20℃；所述第二次冷冻温度为-40℃，冷冻时间30h。一种前述的方法制备的RGO/TiO2/Ag气凝胶型光催化剂。前述的RGO/TiO2/Ag气凝胶型光催化剂在降解甲醛中的应用。本专利技术的有益效果本专利技术通过以石墨烯作为二氧化钛的载体，并通过紫外光照还原的方法，使得银颗粒掺杂到催化剂的表面，利用贵金属在体系中制造的电子势阱达到提高电子导通率的目的。然后采用冷冻干燥技术，将制得的光催化剂制作成具有气凝胶结构的RGO/TiO2/Ag复合气凝胶，从而使得催化剂具有了气凝胶结构，并获得了大量的疏松孔，大大增加了催化剂的比表面积，增强了吸附能力，从而大大加强了催化效果；此外，本专利技术的催化剂还具有较强的结构性能，同时，在催化使用后，易于回收。附图说明附图1为本专利技术的制备流程图；附图2为本专利技术实施例1中制得的氧化石墨烯/二氧化钛前驱体干凝胶的热分析图；附图3为本专利技术实施例1中1％-RGO/TiO2光催化剂粉体掺杂Ag之前和之后的XRD对比图；附图4为本专利技术实施例1中1％-RGO/TiO2光催化剂掺杂银之前及掺杂银之后粉体的XPS全波段对比图；附图5为本专利技术实施例1中1％-RGO/TiO2催化剂粉体的拉曼图谱；附图6为本专利技术实施例1中1％-RGO/TiO2、1％-RGO/TiO2/Ag催化剂粉体的透射电镜图；附图7为本专利技术对照例中0％-RGO/TiO2粉体、实施例1中1％-RGO/TiO2粉体、实施例2中5％-RGO/TiO2粉体、实施例3中10％-RGO/TiO2粉体、实施例4中15％-RGO/TiO2粉体以及实施例1中1％-RGO/TiO2/Ag粉体对液体甲醛的降解效果图；附图8为本专利技术实施例1中1％-RGO/TiO2/Ag气凝胶型光催化剂的吸附脱附曲线；附图9为本专利技术实施例1中1％-RGO/TiO2/Ag气凝胶型光催化剂的孔径分布曲线；附图10为本专利技术实施例1中1％-RGO/TiO2/Ag气凝胶型光催化剂的扫描电镜图；附图11为本专利技术实施例1中1％-RGO/TiO2/Ag气凝胶型光催化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种RGO/TiO2/Ag气凝胶型光催化剂的制备方法，其特征在于：是以氧化石墨烯、钛酸丁酯和硝酸银为原料，依次采用热还原法、紫外光照还原法和冷冻干燥法进行制备。

【技术特征摘要】
1.一种RGO/TiO2/Ag气凝胶型光催化剂的制备方法，其特征在于：是以氧化石墨烯、钛酸丁酯和硝酸银为原料，依次采用热还原法、紫外光照还原法和冷冻干燥法进行制备。2.根据权利要求1所述的RGO/TiO2/Ag气凝胶型光催化剂的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：1)RGO/TiO2的制备：将氧化石墨烯、钛酸丁酯与无水乙醇混合，25-50℃恒温水浴搅拌至混合均匀，得混合液；将盐酸、无水乙醇和去离子水混合制成滴定液；采用溶胶凝胶法，将滴定液加入混合液直至形成凝胶；将凝胶先陈化、然后烘干并研磨成粉，接着在氮气气氛下的加热炉中热处理，即得RGO/TiO2光催化剂；2)RGO/TiO2/Ag光催化剂的制备：在无水乙醇体系下，将步骤1)制得的RGO/TiO2光催化剂与硝酸银混合，在紫外灯下光照处理，然后对处理液进行离心、无水乙醇洗涤2-3次并烘干，得粉末固体，将粉末固体在氮气气氛下的加热炉中热处理，得RGO/TiO2/Ag光催化剂；3)RGO/TiO2/Ag气凝胶型光催化剂的制备：向步骤2)制得的RGO/TiO2/Ag光催化剂中加入聚乙烯醇溶液，制成混合液，将混合液进行第一次冷冻，第一次冷冻过程中不断搅拌混合液，直至混合液均匀凝固，然后将凝固所得的块体进行第二次冷冻干燥，得RGO/TiO2/Ag气凝胶型光催化剂。3.根据权利要求2所述的RGO/TiO2/Ag气凝胶型光催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中，氧化石墨烯与钛酸丁酯的质量比大于0小于等于0.3：9；滴定液中，盐酸、无水乙醇和去离子水的体积比为1:20-30:5-7；所述的陈化时间为5-12h，陈化后先在60-80℃烘干并研磨成粉，接着在氮气气氛下350-450℃的管式炉中热处理1-5h。4.根据权利要求3所述的RGO/TiO2/Ag气凝胶型光催化剂的制备方法，其特征在于：所述氧化石墨烯与钛酸丁酯的质...

【专利技术属性】
技术研发人员：王冠琦，王海旺，张煜垲，马源，吴正杰，蒲泓沁，李元铭，高德宽，刘可凡，张柯，沈嘉豪，冀成，魏新芳，王柄筑，
申请(专利权)人：东北大学秦皇岛分校，
类型：发明
国别省市：河北,13