一种基于石墨烯-碳纳米管分子骨架光触媒的制备方法与流程

文档序号:21886176发布日期:2020-08-18 17:18阅读:195来源:国知局
本发明涉及光触媒领域,具体涉及一种基于石墨烯-碳纳米管分子骨架光触媒的制备方法。技术背景人造类板材(胶合板、刨花板、纤维板等)、装饰材料的使用,带来了一定的室内装修污染,虽然相关家具、装饰产品的环保越加严格,消费者倾向选择更加环保的产品,室内污染得到一定的控制,但还无法完全保证无挥发性有机物(vocs)的释放。室内环境voc来源复杂,种类较多,单一物质浓度可能相对较低,但总量大,在相对密闭的空间蓄积达到一定浓度,从而容易对人体形成了危害或不适。目前市场上空气净化产品比较丰富,如喷洒类的:化学类、植物提取类或复配的净化喷剂。如放置吸附类型的:活性碳类、复合型光触媒。喷剂类的产品,可以快速除去空气中部分污染物,但无法针对种类复杂的voc,效果也不持久,需要频繁使用,尤其是针对持久释放的污染源,如人造板材类、油性油漆类产品。纯吸附类的产品,如改性类活性碳,属于纯吸附,成本相对较高,循环使用需要脱附再生,民用较难实现。技术实现要素:本发明的目的在于克服现有技术中的问题,提供了基于石墨烯-碳纳米管分子骨架光触媒的制备方法。本发明的目的通过以下技术方案予以实现:一种基于石墨烯-碳纳米管分子骨架光触媒的制备方法,包括以下步骤:s1制备氧化石墨烯;s2制备氧化碳纳米管;s3用无水乙醇为溶剂配置浓度为0.5×10-2~0.8×10-2mol/l的钛酸四丁酯溶液;s4在反应釜中加入0.01~0.05g步骤s1所制得的氧化石墨烯,再在反应釜中滴加3~5μl步骤s3所制备的钛酸四丁酯溶液,在100~150℃条件下反应6~8h;s5待步骤s4反应结束,加入步骤s2得到的氧化碳纳米管在0.5~1.0mol/l的强氧化钠溶液中,60~65℃条件下反应8~12h。一种基于石墨烯-碳纳米管分子骨架光触媒的制备方法,利用钛酸四丁酯在高温作用下在氧化石墨烯表面形成二氧化钛量子点,作用光催化反应的核心。氧化石墨烯具有较大的比表面积,可以将形成的二氧化钛量子点吸附在氧化石墨烯的表面。氧化后的碳纳米管边缘存在丰富的羧羟基,和氧化石墨烯表面的羟基进行反应。形成石墨烯-碳纳米管的立体网状结构的分子笼。分子笼的内外都吸附有二氧化钛量子点。氧化石墨烯具有良好的吸附作用,可以将甲醛等有机挥发物质吸附在分子笼内,然后在可见光的作用下二氧化钛量子点将甲醛等物质净化。碳纳米管具有良好的电性性能,可以加快电子的传导促进甲醛等物质的电子转移,实现对甲醛等物质的净化作用。二氧化钛量子点,比普通的二氧化钛颗粒具有更好的光电效应,可以更高效的促进甲醛的净化。优选地,所述钛酸四丁酯的浓度为0.6×10-2mol/l。优选地,所述步骤s1中的氧化石墨烯的制备包括以下步骤:s11取鳞片石墨0.5~1.2g、硝酸钠0.5~1.0g混合均匀,加入20~25ml浓硫酸混合预氧化10~15h;s12在0~3℃的条件下,在步骤s11中加入2~4g高锰酸钾,控制加样速度使温度不高于30℃;s13将步骤s12的体系反应6~8h之后,加入30~50ml去离子水,控制温度在90~98℃,保温30~50min;s14在步骤s13中再加入20~40ml去离子水;s15在步骤s14中加入1~3ml浓度为30%的双氧水;s16将步骤s15趁热过滤,洗涤至中性,冷冻干燥。优选地,所述步骤s11中预氧化时间为12h。优选地,所述步骤s13中反应时间为7h。优选地,所述步骤s14加入去离子水的体积为30ml。优选地,所述步骤s15加入双氧水的体积为2ml。优选地,所述步骤s2氧化碳纳米管的制备,包括以下步骤:s21取碳纳米管0.1~0.5g、硝酸钠0.2~0.3g加入10~15ml浓硫酸,反应8~12h;s22在步骤s21反应结束后加入8~10ml,0.5mol/l的氯水,反应3~4h;s23将步骤s22反应结束的混合液过滤,用去离子水冲洗3~5次、干燥。与现有技术相比本发明具有以下效果:一种基于石墨烯分子-碳纳米管骨架光触媒的制备方法,所得到的光触媒,利用分子笼结构的较大的比表面积。氧化石墨良好的吸附能力和电学性能,碳纳米管的优良电学性能和催化性能。将二氧化钛量子点吸附在氧化石墨烯分子笼内。本发明制备的光触媒对甲醛等室内有害有机物具有更好的净化作用,持续效果久,不会出现二次污染。具体实施方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面结合具体实施例将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式,都属于本发明所保护的范围。实施例1一种基于石墨烯-碳纳米管分子骨架光触媒的制备方法,包括以下步骤:s1制备氧化石墨烯;s2制备氧化碳纳米管;s3用无水乙醇为溶剂配置浓度为0.5×10-2mol/l的钛酸四丁酯溶液;s4在反应釜中加入0.01g步骤s1所制得的氧化石墨烯,再在反应釜中滴加3μl步骤s3所制备的钛酸四丁酯溶液,在100℃条件下反应6h;s5待步骤s4反应结束,加入步骤s2得到的氧化碳纳米管在0.5mol/l的强氧化钠溶液中,60℃条件下反应8h。上述步骤s1中的氧化石墨烯的制备包括以下步骤:s11取鳞片石墨0.5g、硝酸钠0.5g混合均匀,加入20ml浓硫酸混合预氧化10h;s12在0℃的条件下,在步骤s11中加入2g高锰酸钾,控制加样速度使温度不高于30℃;s13将步骤s12的体系反应6h之后,加入30ml去离子水,控制温度在90℃,保温30min;s14在步骤s13中再加入20ml去离子水;s15在步骤s14中加入1ml浓度为30%的双氧水;s16将步骤s15趁热过滤,洗涤至中性,冷冻干燥。上述步骤s2氧化碳纳米管的制备,包括以下步骤:s21取碳纳米管0.1g、硝酸钠0.2g加入10ml浓硫酸,反应8h;s22在步骤s21反应结束后加入8ml,0.5mol/l的氯水,反应3h;s23将步骤s22反应结束的混合液过滤,用去离子水冲洗3次、干燥。实施例2一种基于石墨烯-碳纳米管分子骨架光触媒的制备方法,包括以下步骤:s1制备氧化石墨烯;s2制备氧化碳纳米管;s3用无水乙醇为溶剂配置浓度为0.8×10-2mol/l的钛酸四丁酯溶液;s4在反应釜中加入0.05g步骤s1所制得的氧化石墨烯,再在反应釜中滴加5μl步骤s3所制备的钛酸四丁酯溶液,在150℃条件下反应8h;s5待步骤s4反应结束,加入步骤s2得到的氧化碳纳米管在1mol/l的强氧化钠溶液中,65℃条件下反应12h。上述步骤s1中的氧化石墨烯的制备包括以下步骤:s11取鳞片石墨1.2g、硝酸0.5~1.0g混合均匀,加入25ml浓硫酸混合预氧化15h;s12在3℃的条件下,在步骤s11中加入4g高锰酸钾,控制加样速度使温度不高于30℃;s13将步骤s12的体系反应8h之后,加入50ml去离子水,控制温度在98℃,保温50min;s14在步骤s13中再加入40ml去离子水;s15在步骤s14中加入3ml浓度为30%的双氧水;s16将步骤s15趁热过滤,洗涤至中性,冷冻干燥。上述步骤s2氧化碳纳米管的制备,包括以下步骤:s21取碳纳米管0.5g、硝酸钠0.3g加入15ml浓硫酸,反应12h;s22在步骤s21反应结束后加入10ml,0.5mol/l的氯水,反应4h;s23将步骤s22反应结束的混合液过滤,用去离子水冲洗5次、干燥。实施例3一种基于石墨烯-碳纳米管分子骨架光触媒的制备方法,包括以下步骤:s1制备氧化石墨烯;s2制备氧化碳纳米管;s3用无水乙醇为溶剂配置浓度为0.6×10-2mol/l的钛酸四丁酯溶液;s4在反应釜中加入0.03g步骤s1所制得的氧化石墨烯,再在反应釜中滴加4μl步骤s3所制备的钛酸四丁酯溶液,在130℃条件下反应7h;s5待步骤s4反应结束,加入步骤s2得到的氧化碳纳米管在0.8mol/l的强氧化钠溶液中,62℃条件下反应10h。上述步骤s1中的氧化石墨烯的制备包括以下步骤:s11取鳞片石墨1g、硝酸钠0.8g混合均匀,加入21ml浓硫酸混合预氧化12h;s12在1℃的条件下,在步骤s11中加入3g高锰酸钾,控制加样速度使温度不高于30℃;s13将步骤s12的体系反应7h之后,加入40ml去离子水,控制温度在90~98℃,保温30~50min;s14在步骤s13中再加入30ml去离子水;s15在步骤s14中加入2ml浓度为30%的双氧水;s16将步骤s15趁热过滤,洗涤至中性,冷冻干燥。上述步骤s2氧化碳纳米管的制备,包括以下步骤:s21取碳纳米管0.3g、硝酸钠0.25g加入12ml浓硫酸,反应10h;s22在步骤s21反应结束后加入9ml,0.5mol/l的氯水,反应3.5h;s23将步骤s22反应结束的混合液过滤,用去离子水冲洗5次、干燥。对比例1一种基于石墨烯-碳纳米管分子骨架光触媒的制备方法,包括以下步骤:s1制备氧化石墨烯;s2制备氧化碳纳米管;s3用无水乙醇为溶剂配置浓度为1×10-2mol/l的钛酸四丁酯溶液;s4在反应釜中加入0.03g步骤s1所制得的氧化石墨烯,再在反应釜中滴加4μl步骤s3所制备的钛酸四丁酯溶液,在130℃条件下反应7h;s5待步骤s4反应结束,加入步骤s2得到的氧化碳纳米管在0.4mol/l的强氧化钠溶液中,62℃条件下反应10h。上述步骤s1中的氧化石墨烯的制备包括以下步骤:s11取鳞片石墨1g、硝酸钠0.8g混合均匀,加入21ml浓硫酸混合预氧化12h;s12在1℃的条件下,在步骤s11中加入3g高锰酸钾,控制加样速度使温度不高于30℃;s13将步骤s12的体系反应7h之后,加入40ml去离子水,控制温度在90~98℃,保温30~50min;s14在步骤s13中再加入30ml去离子水;s15在步骤s14中加入2ml浓度为30%的双氧水;s16将步骤s15趁热过滤,洗涤至中性,冷冻干燥。上述步骤s2氧化碳纳米管的制备,包括以下步骤:s21取碳纳米管0.3g、硝酸钠0.25g加入12ml浓硫酸,反应10h;s22在步骤s21反应结束后加入9ml,0.5mol/l的氯水,反应3.5h;s23将步骤s22反应结束的混合液过滤,用去离子水冲洗5次、干燥。与实施例3相比本对比例s5采用的氢氧化钠浓度较低。对比例2一种基于石墨烯-碳纳米管分子骨架光触媒的制备方法,包括以下步骤:s1制备氧化石墨烯;s2制备氧化碳纳米管;s3用无水乙醇为溶剂配置浓度为0.6×10-2mol/l的钛酸四丁酯溶液;s4在反应釜中加入0.03g步骤s1所制得的氧化石墨烯,再在反应釜中滴加4μl步骤s3所制备的钛酸四丁酯溶液,在130℃条件下反应7h;s5待步骤s4反应结束,加入步骤s2得到的氧化碳纳米管在0.8mol/l的强氧化钠溶液中,62℃条件下反应10h。上述步骤s1中的氧化石墨烯的制备包括以下步骤:s11取鳞片石墨1g、硝酸钠0.8g混合均匀,加入21ml浓硫酸混合预氧化12h;s12在1℃的条件下,在步骤s11中加入3g高锰酸钾,控制加样速度使温度不高于30℃;s13将步骤s12的体系反应7h之后,加入40ml去离子水,控制温度在90~98℃,保温30~50min;s14在步骤s13中再加入30ml去离子水;s15在步骤s14中加入2ml浓度为30%的双氧水;s16将步骤s15趁热过滤,洗涤至中性,冷冻干燥。上述步骤s2氧化碳纳米管的制备,包括以下步骤:s21取碳纳米管0.3g、硝酸钠0.25g加入12ml浓硫酸,反应10h;s22在步骤s21反应结束后加入9ml,0.5mol/l的氯水,反应3.5h;s23将步骤s22反应结束的混合液过滤,用去离子水冲洗5次、干燥。与实施例3相比本对比例采用的钛酸四丁酯的浓度较高。对比例3一种基于石墨烯-碳纳米管分子骨架光触媒的制备方法,包括以下步骤:s1制备氧化石墨烯;s2制备氧化碳纳米管;s3用无水乙醇为溶剂配置浓度为0.6×10-2mol/l的钛酸四丁酯溶液;s4在反应釜中加入0.03g步骤s1所制得的氧化石墨烯,再在反应釜中滴加4μl步骤s3所制备的钛酸四丁酯溶液,在200℃条件下反应7h;s5待步骤s4反应结束,加入步骤s2得到的氧化碳纳米管在0.8mol/l的强氧化钠溶液中,62℃条件下反应10h。上述步骤s1中的氧化石墨烯的制备包括以下步骤:s11取鳞片石墨1g、硝酸钠0.8g混合均匀,加入21ml浓硫酸混合预氧化12h;s12在1℃的条件下,在步骤s11中加入3g高锰酸钾,控制加样速度使温度不高于30℃;s13将步骤s12的体系反应7h之后,加入40ml去离子水,控制温度在90~98℃,保温30~50min;s14在步骤s13中再加入30ml去离子水;s15在步骤s14中加入2ml浓度为30%的双氧水;s16将步骤s15趁热过滤,洗涤至中性,冷冻干燥。上述步骤s2氧化碳纳米管的制备,包括以下步骤:s21取碳纳米管0.3g、硝酸钠0.25g加入12ml浓硫酸,反应10h;s22在步骤s21反应结束后加入9ml,0.5mol/l的氯水,反应3.5h;s23将步骤s22反应结束的混合液过滤,用去离子水冲洗5次、干燥。与实施例3相比本对比例步骤s4中采用的温度较高。对比例4一种基于石墨烯-碳纳米管分子骨架光触媒的制备方法,包括以下步骤:s1制备氧化石墨烯;s2制备氧化碳纳米管;s2用无水乙醇为溶剂配置浓度为0.6×10-2mol/l的钛酸四丁酯溶液;s4在反应釜中加入0.03g步骤s1所制得的氧化石墨烯,再在反应釜中滴加4μl步骤s3所制备的钛酸四丁酯溶液,在130℃条件下反应7h;s5待步骤s4反应结束,加入步骤s2得到的氧化碳纳米管在0.8mol/l的强氧化钠溶液中,50℃条件下反应10h。上述步骤s1中的氧化石墨烯的制备包括以下步骤:s11取鳞片石墨1g、硝酸钠0.8g混合均匀,加入21ml浓硫酸混合预氧化12h;s12在1℃的条件下,在步骤s11中加入3g高锰酸钾,控制加样速度使温度不高于30℃;s13将步骤s12的体系反应7h之后,加入40ml去离子水,控制温度在90~98℃,保温30~50min;s14在步骤s13中再加入30ml去离子水;s15在步骤s14中加入2ml浓度为30%的双氧水;s16将步骤s15趁热过滤,洗涤至中性,冷冻干燥。上述步骤s2氧化碳纳米管的制备,包括以下步骤:s21取碳纳米管0.3g、硝酸钠0.25g加入12ml浓硫酸,反应10h;s22在步骤s21反应结束后加入9ml,0.5mol/l的氯水,反应3.5h;s23将步骤s22反应结束的混合液过滤,用去离子水冲洗5次、干燥。与实施例3相比本对比例s5中采用的温度较低。实验例在体积为1m3的实验舱,用微量注射器向实验舱中注射定量的甲醛溶液后密闭1h,采集实验舱内甲醛气体,测试得到初始浓度n1。在不同的实验舱中分别放置等量的实施例1至3、对比例1至4方法所制得的光触媒、以及市售的甲醛净化剂a、甲醛净化剂b。24h之后再次测定个实验舱中的甲醛浓度计为n2,然后计算甲醛去除率r,r=(n1-n2)/n1×100%,测试结果如表1所示。表124h不同实验组甲醛去除率表组别甲醛去除率(%)组别甲醛去除率(%)实施例194.2对比例379.4实施例293.7对比例480.2实施例395.6甲醛净化剂a82.4对比例183.5甲醛净化剂b86.5对比例284.1空白对照组1.2将各个实验舱的净化剂,再次放入到对应的实验舱内,然后48h后再次测定甲醛的去除效果,结果如表2所示。表272h不同实验组甲醛去除率表组别甲醛去除率(%)组别甲醛去除率(%)实施例197.5对比例380.4实施例296.3对比例481.3实施例397.2甲醛净化剂a78.2对比例185.1甲醛净化剂b84.2对比例284.1空白对照组1.3对比24h和72h各组的甲醛去除率,可以发现市售的甲醛净化剂在72h之后甲醛去除率反而降低,说明吸附的甲醛出现了释放造成了二次污染。而本发明所制得的光触媒,具有稳定的去除效果,不会出现二次污染。本发明中涉及诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇,指“包括但不限于”,且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”,且可与其互换使用,除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”,且可与其互换使用。另外,如在此使用的,在以“至少一个”开始的项的列举中使用的“或”指示分离的列举,例如“a、b或c的至少一个”的列举意味着a或b或c,或ab或ac或bc,或abc(即a和b和c)。此外,措辞“示例的”不意味着描述的例子是优选的或者比其他例子更好。提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本发明。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的,并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本发明的范围。因此,本发明不意图被限制到在此示出的方面,而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。为了示例和描述的目的已经给出了以上描述。此外,此描述不意图将本发明的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例,但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。当前第1页12
当前第1页1 2 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1