石墨烯-TiO2的制備及光催化降解4-氨基苯酚.pdf

1、光催化劑二氧化鈦催化效果好，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，無二次污染等特點(diǎn)被認(rèn)為是最理想的催化材料之一，但在光催化降解反應(yīng)過程中，二氧化鈦由于是寬禁帶的半導(dǎo)體，存在光生電子和空穴復(fù)合太快、可見光下光催化活性低、比表面積小等不足之處；新型二維碳材料石墨烯的出現(xiàn)，使制備石墨烯基氧化鈦復(fù)合材料成為提高光催化活性極其有效的方法。本論文研究以改型低溫氧化Hummers法制備出氧化石墨烯（GO），超聲輔助下利用紫外光耦合熱還原工藝制備得到還原氧化石墨烯（RGO），

2、通過以鈦酸酊酯和RGO為前驅(qū)體，利用改型溶膠-凝膠-煅燒法，制備得到石墨烯/TiO2（RGO/TiO2）復(fù)合納米光催化材料；以紫外燈為紫光源，4-氨基苯酚（PAP）為模擬廢水，探討不同催化劑、pH、石墨烯負(fù)載量、投加量、初始濃度等因素對(duì)PAP降解效率的影響，初步研究了復(fù)合材料RGO/TiO2對(duì)PAP的光催化活性及其降解機(jī)制。
　?。?）以鱗片石墨為原料，在超聲輔助下采用改型低溫條件的Hummers法，制備得到GO。采用X射線衍射（

3、XRD）、傅里葉紅外光譜（FT-IR）、紫外可見光譜（UV-Vis）等手段對(duì)制備的GO進(jìn)行表征。結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)在低溫條件下制得的GO-L比高溫條件制備的GO-H具有更良好有序的層狀結(jié)構(gòu)，表面含有的-OH、-COOH、-C=O、-COC-等含氧官能團(tuán)較少，且充分?jǐn)U大GO的層間距；在低溫條件下石墨插層較為緩慢均勻，晶粒尺寸變薄，并且降低了反應(yīng)條件；同時(shí)含氧基團(tuán)的存在提高了GO在水溶液中的分散性。
　　（2）以GO為探針物，采用較為綠色

4、環(huán)保的超聲輔助-紫外光耦合熱還原工藝，制備得到RGO；以鈦酸酊酯和RGO為前驅(qū)體，采用改型的溶膠-凝膠-450℃高溫加熱工藝，通過在原料中改變RGO的含量，可控的制備出RGO負(fù)載量為1％、1.5%、2%、3%的RGO/TiO2復(fù)合納米光催化材料，利用XRD、FTIR、SEM、UV-Vis等技術(shù)對(duì)復(fù)合光催化材料進(jìn)行了表征。結(jié)果表明：采用超聲/紫外光激發(fā)并耦合高溫?zé)徇€原工藝，能使GO含氧基團(tuán)被大量去除并剝離分層，還原得到六碳環(huán)結(jié)構(gòu)修復(fù)較好的

5、RGO；制備的RGO層數(shù)較少且在水中不能保持穩(wěn)定均勻分散狀態(tài)，會(huì)發(fā)生靜置沉淀現(xiàn)象。在450℃高溫下復(fù)合材料發(fā)生晶化，出現(xiàn) TiO2粒子晶化為粒徑20~40nm的銳鈦礦型，均勻分布錨固在RGO片層中，GO的表面基團(tuán)更多被去除，RGO的環(huán)狀結(jié)構(gòu)得到進(jìn)一步的修復(fù)。
　?。?）以紫外光燈為紫光源，PAP為模擬廢水，探討不同因素體系影響下，RGO/TiO2復(fù)合光催化劑對(duì)PAP的降解率，驗(yàn)證復(fù)合納米光催化材料對(duì)PAP廢水的光催化的反應(yīng)活性。結(jié)

6、果表明：RGO/TiO2復(fù)合納米材料對(duì)PAP光催化的活性顯著優(yōu)于GO/TiO2和純TiO2；pH值和RGO負(fù)載量對(duì)光催化的降解性能有較大的影響；當(dāng)RGO/TiO2投加量為1.2g/L、RGO負(fù)載量為1.5%、pH為3、初始濃度為50mg/L條件下，光催化反應(yīng)12h，PAP去除率達(dá)到95.7%。同時(shí)隨著RGO/TiO2投加量不斷增加，PAP降解率先顯著提升后降低；在中性和偏堿性環(huán)境下PAP光催化效果較差，低的pH條件和RGO負(fù)載量1.5%

7、時(shí)更加有利于PAP的催化降解。
　?。?）通過復(fù)合材料RGO/TiO2對(duì)PAP的光催化過程分析，PAP經(jīng)過光催化降解8h后，CODcr基本可以降到50 mg/L以下；PAP的光催化降解的過程初步符合擬一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型，其相關(guān)的擬合系數(shù)都在0.97以上；初步分析復(fù)合材料RGO/TiO2對(duì)PAP可能的降解機(jī)制為：TiO2摻雜RGO后，復(fù)合納米材料的比表面積增大，使其表面吸附的PAP的量提高，同時(shí)光生電子轉(zhuǎn)移速率極大加快，被吸附的PA