一种负载石墨烯纳米颗粒的Ti制造技术

本发明专利技术公开了一种负载石墨烯纳米颗粒的Ti

【技术实现步骤摘要】
一种负载石墨烯纳米颗粒的Ti4O7阳极的制备方法
本专利技术涉及电化学
，具体为一种负载石墨烯纳米颗粒的Ti4O7阳极的制备方法。
技术介绍
近些年来，随着工农业的快速发展，产业中产生的新兴污染物造成的环境污染也变得愈发严重，这些新兴污染物具有毒性且难以降解，1,4-二氧六环就是其中的代表之一。传统的物理吸附、生物降解等很难对水中的1,4-二氧六环进行有效去除，高级氧化技术由于能产生高活性自由基，对这种污染物有很好的降解效果。Ti4O7是高级氧化技术中常用的电极材料，具有高电导率、高化学稳定性、很宽的电势窗口(-1.5V～2.5V)等一系列优点。它不仅能产生羟基自由基，还很有利于污染物在其表面发生直接电子转移，兼备了活性电极和非活性电极的特性，被认为是很理想的污水处理材料。但是Ti4O7作为电极材料时存在羟基自由基产率低、电荷转移内阻高的问题，因此催化活性一般。因此，我们提出一种负载石墨烯纳米颗粒的Ti4O7阳极的制备方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种负载石墨烯纳米颗粒的Ti4O7阳极的制备方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为了解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：一种负载石墨烯纳米颗粒的Ti4O7阳极的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：取Ti4O7粉末、石墨烯纳米颗粒、二氧化铈粉末混合，球磨均匀，制得混合粉末，利用放电等离子烧结于高温高压下进行烧结，制得阳极。进一步的，所述混合粉末中石墨烯纳米颗粒的质量分数为1～5％，二氧化铈粉末的质量分数为6～8％。进一步的，所述石墨烯纳米颗粒为氧化石墨烯、还原石墨烯或石墨烯。进一步的，所述Ti4O7粉末的直径为100nm～1um。进一步的，所述球磨工艺为：球磨转速1500～1800r/min，球磨时间20～40min。进一步的，所述烧结工艺中的高温条件为：烧结升温速率50～60℃/min，烧结温度1100～1250℃。进一步的，所述烧结工艺中的高压条件为：1～4MPa。进一步的，所述烧结工艺中的烧结时间为：20～30min。在上述技术方案中，将一定比例的亚氧化钛粉末(Ti4O7)和石墨烯纳米颗粒(GR)混合并取二氧化铈(CeO2)作为粘结剂，球磨均匀，制得混合粉末，置于放电等离子烧结装置的石墨模具中高温烧结，制得负载了GR的亚氧化钛，即GR@Ti4O7阳极，能够极大地提高原始Ti4O7阳极的催化活性，增加其表面反应活性位点的数量，·OH的产量提高，大幅度降低电荷转移内阻，有利于推动Ti4O7阳极大规模应用于修复被1,4-二氧六环污染的地下水，其降解1,4-二氧六环的能力和掺硼金刚石电极(BDD)相近。进一步的，所述石墨烯纳米颗粒为氮化锆改性石墨烯，所述石墨烯纳米颗粒为氮化锆改性石墨烯，所述石墨烯纳米颗粒由以下重量原料制备得到：90～100份石墨烯、14.6～18.9份十六烷基三甲基溴化铵、50.4～65.5份草酸、48～62份氟锆酸铵，0.6～0.8份玻璃粉、27.4～35.6份三氟化溴。进一步的，所述石墨烯纳米颗粒的制备工艺包括以下步骤：取十六烷基三甲基溴化铵溶于无水乙醇，依次加入去离子水、草酸、氟锆酸铵混合均匀，超声分散30～40min，搅拌3～4h，于150～160℃温度下进行喷雾干燥，在空气氛围中于270～320℃温度下焙烧55～70min；置于氨气氛围中以2～3℃/min的升温速度，于480～540℃温度下反应10～15h，冷却至室温，制得氮化锆；取氮化锆、玻璃粉球磨60～80min，加入去离子水、四甲基氢氧化铵、石墨烯继续球磨30～40min，置于磁场中于60～70℃温度下干燥；在氮气氛围中于900～1100℃温度下烧结，冷却至室温，加入三氟化溴，常温反应；过滤，取固体进行酸洗、水洗，干燥，制得石墨烯纳米颗粒。在上述技术方案中，以十六烷基三甲基溴化铵作为模板，采用喷雾干燥，并利用氨气氮化还原制得球形多孔氮化锆，具有丰富介孔结构和优异的电化学性能；以玻璃粉为粘结相，将二者与石墨烯混合烧结，在石墨烯的表面形成具有较为致密的网络状结构组织，与三氟化溴于常温反应，酸洗、水洗后将其上的玻璃粉除去，形成多孔氮化锆涂层，并将石墨烯氟化，制得氮化锆改性石墨烯，提高所制阳极的导电性能，改性石墨烯的表面粗糙度增加，利于后续亚氧化钛、二氧化铈与石墨烯的粘结，改善所制阳极的电化学性能和稳定性。与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：本专利技术的负载石墨烯纳米颗粒的Ti4O7阳极的制备方法，通过二氧化铈作为粘结剂，将亚氧化钛粉末(Ti4O7)与石墨烯纳米颗粒(GR)混合，球磨制得混合粉末，利于放电等离子烧结技术进行高温烧结，制得GR@Ti4O7阳极，能够极大地提高Ti4O7阳极的催化活性，增加其表面反应活性位点的数量，·OH的产量提高，大幅度降低电荷转移内阻，有利于推动Ti4O7阳极大规模应用于修复被1,4-二氧六环污染的地下水，其降解1,4-二氧六环的能力和掺硼金刚石电极(BDD)相近。附图说明附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1是本专利技术中实施例1与对比例1的电镜图；图2是本专利技术中实施例1与对比例1的CV曲线图；图3是本专利技术中实施例1与对比例1的EIS曲线图；图4是本专利技术中实施例1与对比例1的产·OH能力比较；图5是本专利技术中实施例1与对比例1、对比例2的降解1,4-二氧六环能力比较。具体实施方式下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1取Ti4O7粉末、石墨烯纳米颗粒、二氧化铈粉末混合，其中Ti4O7粉末的直径为100nm，球磨均匀，制得混合粉末，其中石墨烯纳米颗粒的质量分数为1％，二氧化铈粉末的质量分数为8％，球磨工艺为：1800r/min，球磨时间20min；其中石墨烯纳米颗粒为氧化石墨烯；利用放电等离子烧结于高温高压下进行烧结，烧结工艺为：烧结升温速率55℃/min，最高烧结温度1200℃，压力3MPa，烧结时间20min，制得阳极。实施例2取Ti4O7粉末、石墨烯纳米颗粒、二氧化铈粉末混合，其中Ti4O7粉末的直径为500nm，球磨均匀，制得混合粉末，其中石墨烯纳米颗粒的质量分数为3％，二氧化铈粉末的质量分数为7％，球磨工艺为：1650r/min，球磨时间30min；其中石墨烯纳米颗粒为还原石墨烯；利用放电等离子烧结于高温高压下进行烧结，烧结工艺为：烧结升温速率60℃/min，烧结温度1250℃，压力4MPa，烧结时间25min，制得阳极。实施例3取Ti4O7粉末、石墨烯纳米颗粒、二氧化铈粉末混合，其中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种负载石墨烯纳米颗粒的Ti

【技术特征摘要】
1.一种负载石墨烯纳米颗粒的Ti4O7阳极的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
取Ti4O7粉末、石墨烯纳米颗粒、二氧化铈粉末混合，球磨均匀，制得混合粉末，利用放电等离子烧结于高温高压下进行烧结，制得阳极。


2.根据权利要求1所述的一种负载石墨烯纳米颗粒的Ti4O7阳极的制备方法，其特征在于：所述混合粉末中石墨烯纳米颗粒的质量分数为1～5％，二氧化铈粉末的质量分数为6～8％。


3.根据权利要求1所述的一种负载石墨烯纳米颗粒的Ti4O7阳极的制备方法，其特征在于：所述石墨烯纳米颗粒为氧化石墨烯、还原石墨烯或石墨烯。


4.根据权利要求1所述的一种负载石墨烯纳米颗粒的Ti4O7阳极的制备方法，其特征在于：所述Ti4O7粉末的直径为100nm～1um。


5.根据权利要求1所述的一种负载石墨烯纳米颗粒的Ti4O7阳极的制备方法，其特征在于：所述球磨工艺为：球磨转速1500～1800r/min，球磨时间20～40min。


6.根据权利要求1所述的一种负载石墨烯纳米颗粒的Ti4O7阳极的制备方法，其特征在于：所述烧结工艺中的高温条件为：烧结升温速率50～60℃/min，烧结温度1100～1250℃。


7.根据权利要求1所述的一种负载石墨烯纳米颗粒的Ti4O7阳极的制备方法，其特征在于：所述烧结工艺中的高压条件为：1～4MPa。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：林辉，肖润林，李威，吕斯濠，杨立辉，
申请(专利权)人：东莞理工学院，
类型：发明
国别省市：广东;44