一种硅烷化还原氧化石墨烯二氧化钛复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及水污染处理领域，提供了一种硅烷化还原氧化石墨烯二氧化钛复合材料及其制备方法和应用。本发明专利技术通过将钛酸四丁酯原位还原后与氧化石墨烯复合，然后再与N‑(三甲氧基甲硅烷基丙基)乙二胺三乙酸钠反应，制备得到了以氧化石墨烯为基底，键合二氧化钛和N‑(三甲氧基甲硅烷基丙基)乙二胺三乙酸钠的复合材料。本发明专利技术由上述方法制备得到的硅烷化还原氧化石墨烯二氧化钛复合材料对污染物的吸附性能较好，而且光催化性能较好。实施例结果表明，本发明专利技术提供的硅烷化还原氧化石墨烯二氧化钛复合材料能够有效降低污染物Cd

A kind of silylated reduced graphene oxide titanium dioxide composite and its preparation method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种硅烷化还原氧化石墨烯二氧化钛复合材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及水污染处理领域，尤其涉及一种硅烷化还原氧化石墨烯二氧化钛复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
水污染物可大致分为三类，分别是重金属离子(Cr3+，Ni2+和Cu2+)、有毒金属离子(Cd2+，As2+和Hg2+)以及有机染料废料。其中有毒金属离子镉(Cd2+)和苯酚染料被认为是工业上最常见的有毒废物，这些废物很难降解，易于在水环境中累积。TiO2具有无毒、成本低廉、环境安全、化学稳定性高和光催化活性高的特点，在处理水污染物领域具有广泛的应用。然而，TiO2的宽能带隙(～3.2eV)，限制了太阳光谱在紫外(UV)区域的光吸收(5％)，并且光生的电荷载流子快速重组，因此其光催化效率受到极大限制。通过采用其他金属或非金属掺杂TiO2来减少TiO2的能带隙，从而扩展了可见光区域的光吸收，克服了TiO2应用的局限性。例如可以通过与氧化石墨烯(GO)结合，减少带隙和减少光生电子-空穴对重组以提高可见光下光催化活性。然而，TiO2与氧化石墨烯形成的复合材料显著地改变了氧化石墨烯的光学和电学特性，降低了透射率、电阻率和电子迁移率，进而影响了TiO2-氧化石墨烯复合材料的电荷穿梭和光催化性能。为了提高TiO2-氧化石墨烯复合材料的电荷穿梭和光催化性能，人们尝试将氧化石墨烯还原为还原氧化石墨烯。但是还原后，氧化石墨烯中的大多数含氧基团，如羟基、羧基和环氧基将被去除，降低了复合材料对污染物的吸附性能和复合材料在水中的溶解性能，这也会限制其在处理水污染物中的应用。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种硅烷化还原氧化石墨烯二氧化钛复合材料及其制备方法和应用，由本专利技术提供的方法得到的硅烷化还原氧化石墨烯二氧化钛复合材料对污染物同时具有较好的吸附性能和光催化性能。本专利技术提供了一种硅烷化还原氧化石墨烯二氧化钛复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将钛酸四丁酯溶液和氧化石墨烯水分散液混合后搅拌，然后去除溶剂，得到氧化石墨烯/二氧化钛复合材料；(2)将氧化石墨烯/二氧化钛复合材料分散在极性有机溶剂中，得到氧化石墨烯/二氧化钛分散液；(3)将氧化石墨烯/二氧化钛分散液和N-(三甲氧基甲硅烷基丙基)乙二胺三乙酸钠混合，进行加热反应，然后向反应液中加入甲醇，再进行水热反应，得到硅烷化还原氧化石墨烯二氧化钛复合材料。优选的，所述步骤(1)中氧化石墨烯水分散液中氧化石墨烯由石墨烯经改良的Hummers法制备得到。优选的，所述步骤(1)中钛酸四丁酯溶液的溶剂包括乙醇、甲醇、乙醚和乙二醇中的一种或多种；所述钛酸四丁酯溶液中钛酸四丁酯和氧化石墨烯水分散液中氧化石墨烯的用量比为1.6～5.8mL:50～100mg。优选的，所述步骤(1)搅拌的温度为45～60℃，搅拌的时间为1～2h。优选的，所述步骤(2)中分散的方式为超声分散，所述氧化石墨烯/二氧化钛分散液的浓度为1～2.5mg/mL。优选的，所述步骤(3)氧化石墨烯/二氧化钛分散液中氧化石墨烯/二氧化钛复合材料和N-(三甲氧基甲硅烷基丙基)乙二胺三乙酸钠的质量比为1:9～11。优选的，所述加热反应的温度为55～65℃，加热反应的时间为11～13h。优选的，所述水热反应的温度为145～155℃，水热反应的时间为11～13h。本专利技术还提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的硅烷化还原氧化石墨烯二氧化钛复合材料，所述硅烷化还原氧化石墨烯二氧化钛复合材料包括氧化石墨烯基底、二氧化钛和N-(三甲氧基甲硅烷基丙基)乙二胺三乙酸钠；所述硅烷化还原氧化石墨烯二氧化钛复合材料中二氧化钛的质量分散为1％～10％。本专利技术还提供了上述技术方案所述硅烷化还原氧化石墨烯二氧化钛复合材料作为污水处理剂在水处理中的应用。本专利技术通过将钛酸四丁酯原位还原后与氧化石墨烯复合，然后再与N-(三甲氧基甲硅烷基丙基)乙二胺三乙酸钠反应，制备得到了以氧化石墨烯为基底，键合二氧化钛和N-(三甲氧基甲硅烷基丙基)乙二胺三乙酸钠的复合材料。在本专利技术中，所述氧化石墨烯具有较大的表面积且氧化石墨烯中含有大量的含氧官能团，有效提高了复合材料对污染物的吸附性能，而且N-(三甲氧基甲硅烷基丙基)乙二胺三乙酸钠与氧化石墨烯以C-O-Si键连，N-(三甲氧基甲硅烷基丙基)乙二胺三乙酸钠具有较好的吸附性能，能够进一步提高硅烷化还原氧化石墨烯二氧化钛复合材料对污染物的吸附性能；而且所述硅烷化还原氧化石墨烯二氧化钛复合材料中二氧化钛负载在氧化石墨烯基底上，与氧化石墨烯基底以C-Ti键相连，氧化石墨烯基底作为电子库能够增强复合材料的光催化性能。实施例结果表明，本专利技术提供的硅烷化还原氧化石墨烯二氧化钛复合材料能够有效降低污染物Cd2+的含量，且对苯酚的降解效果较好。附图说明图1为实施例1～3制备得到的硅烷化还原氧化石墨烯二氧化钛复合材料的红外谱图；图2为实施例1～3制备得到的硅烷化还原氧化石墨烯二氧化钛复合材料的XRD图；图3为氧化石墨烯的拉曼谱图；图4为实施例1～3制备得到的硅烷化还原氧化石墨烯二氧化钛复合材料的拉曼谱图；图5为氧化石墨烯和实施例1～3制备得到的硅烷化还原氧化石墨烯二氧化钛复合材料的扫描电镜谱图以及实施例1～3制备得到的硅烷化还原氧化石墨烯二氧化钛复合材料的透射电镜谱图；图6为应用例1采用氙灯(可见光)照射的测试结果图；图7为应用例1采用高压汞灯(紫外光)照射的测试结果图；图8为应用例2中ERGT在不同时间对不同浓度镉离子吸附量图；图9为应用例2的线性回归图；图10为应用例2的Langmuir模型图；图11为应用例3中ERGT催化剂对不同浓度苯酚和Cd2+混合溶液中Cd2+的吸附效果图；图12为应用例4在纯苯酚溶液中和苯酚与Cd2+的混合溶液中催化剂ERGT对苯酚的降解效果。具体实施方式本专利技术提供了一种硅烷化还原氧化石墨烯二氧化钛复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将钛酸四丁酯溶液和氧化石墨烯水分散液混合后搅拌，然后去除溶剂，得到氧化石墨烯/二氧化钛复合材料；(2)将氧化石墨烯/二氧化钛复合材料分散在极性有机溶剂中，得到氧化石墨烯/二氧化钛分散液；(3)将氧化石墨烯/二氧化钛分散液和N-(三甲氧基甲硅烷基丙基)乙二胺三乙酸钠混合，进行加热反应，然后向反应液中加入甲醇，再进行水热反应，得到硅烷化还原氧化石墨烯二氧化钛复合材料。本专利技术将钛酸四丁酯溶液和氧化石墨烯水分散液混合后搅拌，然后去除溶剂，得到氧化石墨烯/二氧化钛复合材料。在本专利技术中，所述钛酸四丁酯溶液的溶剂优选包括乙醇、甲醇、乙醚和乙二醇中的一种或多种；所述钛酸四丁酯溶液中钛酸四丁酯和溶剂的体积比优选为1.6～5.8:35～50，更优选为2～5:40～45。在本专利技术中，所述氧化石墨烯水分散液中氧化石墨烯和水的用量比优选为50～10本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硅烷化还原氧化石墨烯二氧化钛复合材料的制备方法，包括以下步骤：/n(1)将钛酸四丁酯溶液和氧化石墨烯水分散液混合后搅拌，然后去除溶剂，得到氧化石墨烯/二氧化钛复合材料；/n(2)将氧化石墨烯/二氧化钛复合材料分散在极性有机溶剂中，得到氧化石墨烯/二氧化钛分散液；/n(3)将氧化石墨烯/二氧化钛分散液和N-(三甲氧基甲硅烷基丙基)乙二胺三乙酸钠混合，进行加热反应，然后向反应液中加入甲醇，再进行水热反应，得到硅烷化还原氧化石墨烯二氧化钛复合材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种硅烷化还原氧化石墨烯二氧化钛复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将钛酸四丁酯溶液和氧化石墨烯水分散液混合后搅拌，然后去除溶剂，得到氧化石墨烯/二氧化钛复合材料；
(2)将氧化石墨烯/二氧化钛复合材料分散在极性有机溶剂中，得到氧化石墨烯/二氧化钛分散液；
(3)将氧化石墨烯/二氧化钛分散液和N-(三甲氧基甲硅烷基丙基)乙二胺三乙酸钠混合，进行加热反应，然后向反应液中加入甲醇，再进行水热反应，得到硅烷化还原氧化石墨烯二氧化钛复合材料。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中氧化石墨烯水分散液中氧化石墨烯由石墨烯经改良的Hummers法制备得到。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中钛酸四丁酯溶液的溶剂包括乙醇、甲醇、乙醚和乙二醇中的一种或多种；所述钛酸四丁酯溶液中钛酸四丁酯和氧化石墨烯水分散液中氧化石墨烯的用量比为1.6～5.8mL:50～100mg。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)搅拌的温度为45～60℃，搅拌的...

【专利技术属性】
技术研发人员：敬科举，熊攀，申玉姣，张旺，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：福建;35