功能化石墨烯-TiO₂光催化材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于光催化材料領(lǐng)域，一種功能化石墨烯?TiO2光催化材料的制備方法，步驟如下：將氧化石墨烯和TiO2粉末加入到反應(yīng)器中，攪拌溶解，再向其中加入乙二胺和水合肼，在水熱釜進(jìn)行水熱反應(yīng)同時(shí)超聲攪拌，反應(yīng)完成后，經(jīng)干燥和煅燒得到功能化石墨烯?二氧化鈦復(fù)合材料。本申請(qǐng)中采用乙二胺和水合肼對(duì)氧化石墨烯進(jìn)行還原的同時(shí)進(jìn)行修飾，而且實(shí)現(xiàn)了氧化石墨烯的還原、修飾以及與TiO2的復(fù)合一步反應(yīng)，簡化了制備工藝。而且在水熱反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行超聲攪拌，避免了原料團(tuán)聚現(xiàn)象，而且采用乙二胺和水合肼同時(shí)對(duì)氧化石墨烯進(jìn)行還原和修飾，能夠改善石墨烯的分散性。另外，超聲輔助反應(yīng)能夠有效提高反應(yīng)效率，可以使得水熱反應(yīng)條件更溫和。
【專利說明】
功能化石墨烯-T i 〇2光催化材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于光催化材料領(lǐng)域，尤其涉及一種功能化石墨烯-Ti02光催化材料的制 備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 抗生素(Antibiotics)指由微生物如細(xì)菌、霉菌在生活過程中所產(chǎn)生，具有能抑制 其他微生物生長的一類次級(jí)代謝產(chǎn)物，自1940年青霉素應(yīng)用于臨床開始，抗生素被廣泛地 應(yīng)用于人類的感染性疾病治療、在及動(dòng)植物病蟲害防治。在醫(yī)療、畜牧、水產(chǎn)養(yǎng)殖、及農(nóng)業(yè)生 產(chǎn)等領(lǐng)域發(fā)揮了巨大的作用。
[0003] 據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國作為抗生素的最大生產(chǎn)國和消費(fèi)國，以1998年為例，各類抗生素生產(chǎn) 總量為3萬多噸，到2003年，我國僅青霉素產(chǎn)量就達(dá)28，000噸，約占世界青霉素總產(chǎn)量的 60%;土霉素產(chǎn)量約為1萬噸，約占世界總產(chǎn)量的65%。然而由于對(duì)抗生素濫用或過度使用 必然會(huì)導(dǎo)致過多的殘留物進(jìn)入到環(huán)境中，目前抗生素產(chǎn)生的環(huán)境危害特別是水土污染愈發(fā) 突出，已成為了危害人類健康，破壞生態(tài)平衡的潛在威脅。有研究報(bào)告顯示，在香港維多利 亞灣水中檢測出氧氟沙星和諾氟沙星濃度分別為53~108ng/L和117~251ng/L，脫水紅霉 素和羅紅霉素濃度分別為13~423ng/L和0~105ng/L，同時(shí)，在我國的主要河流--海河、 長江入?？?、黃浦江、珠江、遼河等河流的部分點(diǎn)位中都檢出了超標(biāo)抗生素?，F(xiàn)有技術(shù)中對(duì) 于抗生素的處理效果較差，達(dá)不到良好的處理效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的對(duì)抗生素處理效果較差的缺陷，提供一種功 能化石墨稀-Ti〇2光催化材料的制備方法。
[0005] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種功能化石墨烯_Ti02光催化材 料的制備方法，步驟如下:將氧化石墨烯和Ti0 2粉末加入到反應(yīng)器中，攪拌溶解，再向其中 加入乙二胺和水合肼，在水熱釜進(jìn)行水熱反應(yīng)同時(shí)超聲攪拌，反應(yīng)完成后，經(jīng)干燥和煅燒得 到功能化石墨烯-二氧化鈦復(fù)合材料。
[0006] 進(jìn)一步地，所述氧化石墨烯和Ti02粉末質(zhì)量比為1:10~1:100，溶解后所述氧化石 墨稀濃度為〇. 1~〇.5mg/mL。
[0007] 作為優(yōu)選，所述的水合肼與氧化石墨烯質(zhì)量比為0.5~3:10,所述乙二胺與所述氧 化石墨稀質(zhì)量比為100~200:1。
[0008] 進(jìn)一步地，所述的水熱反應(yīng)溫度為50~100°C，反應(yīng)時(shí)間為10~30min。
[0009] 作為優(yōu)選，所述水熱反應(yīng)溫度為60°C，反應(yīng)時(shí)間為20min。
[0010] 進(jìn)一步地，所述的煅燒條件為在真空或惰性氣體氣氛下與600~900°C下煅燒，煅 燒時(shí)間為2~3h。
[0011] 作為優(yōu)選，所述的超聲頻率為30~50KHz。
[0012] 有益效果：本申請(qǐng)中采用乙二胺和水合肼對(duì)氧化石墨烯進(jìn)行還原的同時(shí)進(jìn)行修 飾，而且實(shí)現(xiàn)了氧化石墨烯的還原、修飾以及與Ti〇2的復(fù)合一步反應(yīng)，簡化了制備工藝。而 且在水熱反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行超聲攪拌，避免了原料團(tuán)聚現(xiàn)象，而且采用乙二胺和水合肼同時(shí)對(duì) 氧化石墨烯進(jìn)行還原和修飾，能夠改善石墨烯的分散性。另外，超聲輔助反應(yīng)能夠有效提高 反應(yīng)效率，可以使得水熱反應(yīng)條件更溫和。
【具體實(shí)施方式】 [0013] 實(shí)施例1
[0014] 將質(zhì)量比為1:10的氧化石墨烯和Ti02粉末加入到反應(yīng)器中，攪拌溶解，使得氧化 石墨稀濃度為0. lmg/mL，再向其中加入乙二胺和水合肼，其中水合肼與氧化石墨稀質(zhì)量比 為3:10,乙二胺與氧化石墨烯質(zhì)量比為100:1，在水熱釜進(jìn)行水熱反應(yīng)同時(shí)超聲攪拌，水熱 反應(yīng)溫度為50°C，超聲波頻率為30~50KHz，反應(yīng)lOmin，反應(yīng)完成后，經(jīng)干燥和在800°C下煅 燒2.5h得到功能化石墨稀-二氧化鈦復(fù)合材料。
[0015] 實(shí)施例2
[0016]將質(zhì)量比為1:100的氧化石墨烯和Ti02粉末加入到反應(yīng)器中，攪拌溶解，使得氧化 石墨稀濃度為〇.5mg/mL，再向其中加入乙二胺和水合肼，其中水合肼與氧化石墨稀質(zhì)量比 為1:10,乙二胺與氧化石墨烯質(zhì)量比為150:1，在水熱釜進(jìn)行水熱反應(yīng)同時(shí)超聲攪拌，水熱 反應(yīng)溫度為70°C，超聲波頻率為30~50KHz，反應(yīng)30min，反應(yīng)完成后，經(jīng)干燥和在600°C下煅 燒3h得到功能化石墨稀-二氧化鈦復(fù)合材料。
[0017] 實(shí)施例3
[0018]將質(zhì)量比為1:60的氧化石墨烯和Ti02粉末加入到反應(yīng)器中，攪拌溶解，使得氧化 石墨稀濃度為〇.3mg/mL，再向其中加入乙二胺和水合肼，其中水合肼與氧化石墨稀質(zhì)量比 為0.5:10，乙二胺與氧化石墨烯質(zhì)量比為200:1，在水熱釜進(jìn)行水熱反應(yīng)同時(shí)超聲攪拌，水 熱反應(yīng)溫度為l〇〇°C，超聲波頻率為30~50KHz，反應(yīng)lOmin，反應(yīng)完成后，經(jīng)干燥和在900°C 下煅燒2h得到功能化石墨烯-二氧化鈦復(fù)合材料。
[0019] 實(shí)施例4
[0020] 將質(zhì)量比為1:80的氧化石墨烯和Ti02粉末加入到反應(yīng)器中，攪拌溶解，使得氧化 石墨稀濃度為〇.2mg/mL，再向其中加入乙二胺和水合肼，其中水合肼與氧化石墨稀質(zhì)量比 為2:10,乙二胺與氧化石墨烯質(zhì)量比為100:1，在水熱釜進(jìn)行水熱反應(yīng)同時(shí)超聲攪拌，水熱 反應(yīng)溫度為60°C，超聲波頻率為30~50KHz，反應(yīng)20min，反應(yīng)完成后，經(jīng)干燥和在700°C下煅 燒2h得到功能化石墨稀-二氧化鈦復(fù)合材料。
[0021] 對(duì)比例1
[0022] 將實(shí)施例4中乙二胺替換為等量的水合肼，其他條件同實(shí)施例4。
[0023] 對(duì)比例2
[0024] 將實(shí)施例4中水合肼替換為等量的乙二胺，其他條件同實(shí)施例4。
[0025] 對(duì)比例3
[0026] 將實(shí)施例4制備方法調(diào)整為：將氧化石墨烯和Ti02粉末加入到反應(yīng)器中，攪拌溶 解，再向其中加入水合肼，在水熱釜進(jìn)行水熱反應(yīng)同時(shí)超聲攪拌，反應(yīng)完成后，再向反應(yīng)體 系加入乙二胺，然后以同樣的水熱反應(yīng)條件進(jìn)行水熱反應(yīng)，經(jīng)干燥和煅燒得到功能化石墨 烯-二氧化鈦復(fù)合材料。其中水合肼和乙二胺的用量及其他工藝參數(shù)同實(shí)施例4。
[0027] 對(duì)比例4
[0028] 將實(shí)施例4中制備方法調(diào)整為:將氧化石墨烯加入到反應(yīng)器中，攪拌溶解，再向其 中加入乙二胺和水合肼，在水熱釜進(jìn)行水熱反應(yīng)同時(shí)超聲攪拌，反應(yīng)完成后，再向反應(yīng)體系 加入Ti0 2分散液，然后以同樣的水熱反應(yīng)條件進(jìn)行水熱反應(yīng)，經(jīng)干燥和煅燒得到功能化石 墨烯-二氧化鈦復(fù)合材料。其中水合肼和乙二胺的用量及其他工藝參數(shù)同實(shí)施例4。
[0029] 對(duì)比例5
[0030] 將實(shí)施例4中超聲波攪拌工藝去除，其他條件同實(shí)施例4。
[0031] 對(duì)抗生素催化降解效果：
[0032] 光催化降解抗生素性能評(píng)價(jià):量取20毫升濃度為50ppm的抗生素溶液于250毫升的 玻璃燒杯中，加入上述各實(shí)施例及對(duì)比例制備的功能化石墨烯/Ti0 2光催化劑，其濃度為 0.3mg/ml。將上述混合液體置于暗處處理30分鐘后，再轉(zhuǎn)移到500瓦氙燈光源(北京卓立漢 光)下進(jìn)行光催化反應(yīng)，每隔10分鐘取樣一次，共催化40分鐘，將去除催化劑后的溶液使用 紫外-可見分光光度計(jì)（島津，UV-3600)和化學(xué)需氧量測試儀(哈希，COD maxn )進(jìn)行結(jié)果表 征。最終測試結(jié)果(降解率測試:催化反應(yīng)40分鐘，化學(xué)需氧量測試:催化反應(yīng)90分鐘)如表1 所示。
[0033] 表 1
[0034]
[0035] 紫外-可見分光光度計(jì)測試結(jié)果表明抗生素的分子結(jié)構(gòu)在光催化過程中逐步斷鍵 變成小分子;化學(xué)需氧量測試結(jié)果表明，經(jīng)90分鐘光催化降解抗生素以及其分解成的小分 子被礦化成二氧化碳。由以上結(jié)果還可以表明，乙二胺與水合肼的共同作用效果遠(yuǎn)好于兩 者單獨(dú)作用以及兩者分別作用的效果;在氧化石墨烯還原、修飾過程中加入Ti0 2效果好于 在氧化石墨烯還原、修飾后加入Ti02的效果;另外，對(duì)比例5也說明，水熱過程中同時(shí)超聲攪 拌在反應(yīng)中也發(fā)揮著關(guān)鍵性作用。
[0036] 應(yīng)當(dāng)理解，以上所描述的具體實(shí)施例僅用于解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。由 本發(fā)明的精神所引伸出的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種功能化石墨稀-Ti〇2光催化材料的制備方法，其特征在于:步驟如下:將氧化石墨 烯和Ti0 2粉末加入到反應(yīng)器中，攪拌溶解，再向其中加入乙二胺和水合肼，在水熱釜進(jìn)行水 熱反應(yīng)同時(shí)超聲攪拌，反應(yīng)完成后，經(jīng)干燥和煅燒得到功能化石墨烯-二氧化鈦復(fù)合材料。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的功能化石墨稀_Ti〇2光催化材料的制備方法，其特征在于:所述 氧化石墨稀和Ti〇2粉末質(zhì)量比為1:10~1:100,溶解后所述氧化石墨稀濃度為0.1~0.5mg/ mL〇3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的功能化石墨稀-Ti〇2光催化材料的制備方法，其特征在于： 所述的水合肼與氧化石墨烯質(zhì)量比為0.5~3:10,所述乙二胺與所述氧化石墨烯質(zhì)量比為 100~200:1 〇4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的功能化石墨稀_Ti〇2光催化材料的制備方法，其特征在于:所述 的水熱反應(yīng)溫度為50~100°C，反應(yīng)時(shí)間為10~30min。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的功能化石墨稀-Ti〇2光催化材料的制備方法，其特征在于:所述 水熱反應(yīng)溫度為60°C，反應(yīng)時(shí)間為20min。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的功能化石墨稀_Ti〇2光催化材料的制備方法，其特征在于:所述 的煅燒條件為在真空或惰性氣體氣氛下與600~900 °C下煅燒，煅燒時(shí)間為2~3h。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的功能化石墨稀_Ti〇2光催化材料的制備方法，其特征在于:所述 的超聲頻率為30~50KHz。
【文檔編號(hào)】B01J21/06GK105854862SQ201610297751
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年5月6日
【發(fā)明人】謝逸棟, 王建新, 黃小紅, 蔣曉曙
【申請(qǐng)人】江蘇城工建設(shè)科技有限公司