纳米二氧化钛复合石墨烯催化剂的制备及处理染料废水

Posted 2023-01-13 石墨

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摘要：以硫酸钛为原料，采用共沉淀法，制备了一系列纳米二氧化钛复合石墨烯催化剂，采用XRD和FTIR对样品进行表征。通过紫外光照射亚甲基蓝溶液光催化降解实验，研究石墨烯的加入量对TiO2光催化性能的影响，结果表明，TiO2-GO-5具有最佳的光催化性能。在pH=6.00、TiO2-GO-5的投加量为0.070 g/50 mL、光照3 h条件下，100 mg/L亚甲基蓝溶液的脱色率达到最大值为90.52%。

染料废水由于具有浓度高、色度大、成分复杂、毒性大、可生化性差等特点，历来就是工业废水处理的难点之一。染料的分子结构中含不饱和基团—N=N—、>O=O<、—N=O等发色体，光化学氧化产生的.OH能够有效破坏共扼体系结构，使之变成无色的有机分子，并迸一步矿化为H2O、CO2和其他无机物质，因此光催化氧化法越来越受到人们的关注，其中纳米TiO2能够有效地降解许多结构稳定的生物难以降解的有机污染物，同时它又具有稳定性强、节能高效、无二次污染的优点。但是纳米TiO2也存在分散性能差、量子效率偏低的缺点。因此，通过对纳米TiO2进行复合的方法，提高催化剂的分散性，并提高催化活性是目前研究的一个热点。

石墨烯是由单层碳原子六方紧密堆积而成的理想二维晶体，具有高比表面积，对有机物具有良好的吸附效果。Zhang H.等利用机械搅拌法合成了P25-GO，热还原处理后得到P25-石墨烯复合光催化剂，结果表明，该复合光催化剂在紫外光和可见光下降解亚甲基蓝的速率较P25均有大幅度提高，说明石墨烯的引入不仅提高了吸附性能，还拓展了可见光响应范围，能够有效分离光生电子和空穴。

耿静漪等利用溶胶-凝胶法原位制备了二氧化钛-石墨烯光催化剂，结果表明，该复合催化剂在紫外光下降解罗丹明B和亚甲基蓝的速率较纯TiO2有明显提高。张琼等采用氧化石墨和硫酸钛作为反应物，在低温下（<100摄氏度）制备得到了一种具有层状结构的光催化材料TiO2-Graphene Oxide插层复合材料，这种复合材料对甲基橙的光降解率明显优于P25。以上研究表明，石墨烯和纳米二氧化钛复合有望解决纳米TiO2分散性能差、量子效率偏低的缺点，是一种很有潜力的光催化剂载体。

本研究合成了一种纳米二氧化钛复合石墨烯的催化剂，通过XRD、FTIR对该催化剂进行表征，通过其对亚甲基蓝染料废水的光催化降解能力来评价其光催化性能。

1实验部分

1.1实验仪器

电子天平LA-204，JJ-1精密增力电动搅拌器，飞鸽TGL-16C离心机，HH-S数显恒温水浴锅，紫外可见分光度计UV759S，自制光反应装置（紫外灯30W，主谱线253.7nm）。所用玻璃器皿在试用前均用超声波清洗，并用蒸馏水冲洗数次。。

1.2主要实验药品

石墨、30%双氧水、硝酸钠、高锰酸钾、硫酸钛、硫酸、氢氧化钠，亚甲基蓝。试剂均为分析纯。

1.3复合催化剂的制备

1.3.1氧化石墨的制备

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