石墨烯-二氧化鈦納米管復(fù)合光催化劑的制備及其在廢水處理中的應(yīng)用.pdf

1、我國作為世界上染料生產(chǎn)和消費的大國,染料廢水的處理研究一直備受關(guān)注。而染料廢水因具有水質(zhì)復(fù)雜,毒性大、色度高、可生化降解性較差等特點,一直是工業(yè)廢水治理的難點。光催化氧化技術(shù)是一種有效處理染料廢水的新的技術(shù)手段。二氧化鈦作為常用的半導(dǎo)體氧化物光催化材料,具有氧化性強、無毒、光和化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定以及廉價等優(yōu)點,但是由于光生電子-空穴對的復(fù)合速度快,且價電子只能被紫外光激發(fā)等問題的存在,二氧化鈦的光催化性能的應(yīng)用范圍受到了一定的限制。通過添加外

2、源的手段,對TiO2進行改性,可有效擴展其對太陽光的利用效率,提高光催化氧化性能,在環(huán)境材料領(lǐng)域具有較大研究價值。
　　本研究選用商業(yè)二氧化鈦(TiO2)納米顆粒為鈦源,首先通過水熱法制備得到初步改性的二氧化鈦納米管(TNT);其次通過改進的Hummers法氧化制備氧化石墨,并結(jié)合水熱法還原氧化石墨烯的同時,將TNT負載于石墨烯片上,而制備得到石墨烯-二氧化鈦納米管(GN-TNT)復(fù)合光催化劑。目的在于利用石墨烯的高比表面積和高電

3、子遷移率等優(yōu)勢提高復(fù)合光催化劑的比表面積,降低電子-空穴對的再結(jié)合速率,從而提高光催化性能,并且拓展其對可見光的響應(yīng)范圍。制備的光催化劑自身的物化特性通過 TEM, AFM, XRD, FT-IR, TGA, BET和 UV-VIS等手段進行了表征分析,最后選用 RBK5(Reactive Black5)和MB(Methylene Blue)兩種染料及 As(III)作為目標污染物,對自制光催化劑在紫外光和可見光下的催化活性進行了實驗研

4、究,并取得了一些有意義的結(jié)果:
　　(1)本研究通過Hummers法氧化制備得到氧化石墨,之后通過熱反應(yīng)過程實現(xiàn)氧化石墨烯的還原和二氧化鈦(TNT)的負載,成功制備了石墨烯-二氧化鈦納米管復(fù)合材料,其比表面積高達254 m2/g,并且具有較高的熱穩(wěn)定性和對可見光的吸收性能。
　　(2)在對MB的吸附實驗中:水熱(HM)法和堿熱(AHM)法制備的GN-TNT納米復(fù)合材料表現(xiàn)出極強的對MB的吸附性能,而且吸附能力也遠遠高于其它普

5、通的或類似種類的吸附劑。
　　(3)在不同系列的GN-TNT復(fù)合光催化劑紫外光解RBK5的實驗中,20％GN-TNT復(fù)合光催化劑表現(xiàn)出最高的對RBK5的降解效率;同時,RBK5的光降解效率隨污染物濃度的降低和催化劑用量的增加而提高,并且初步實驗了 GN-TNT復(fù)合光催化劑在400nm可見光照射下亦具有很好的光降解染料的性能。
　　(4) GN-TNT復(fù)合材料作為光催化劑,有利用可見光快速將As(III)氧化為As(V)的應(yīng)用