CN112439403A - 具柱撑结构的蒙脱石-二氧化钛-石墨烯复合光催化剂及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具柱撑结构的蒙脱石‑二氧化钛‑石墨烯复合光催化剂及制备方法，属催化剂领域。首先配置稀硝酸溶液；将异丙醇、钛酸酯和稀硝酸溶液按照比例混合，搅拌至透明；加入蒙脱石超声分散液，继续添加稀硝酸至总体积达到要求并搅拌；将溶液升温加热搅拌后，加入石墨烯溶液，继续加热搅拌；将反应产物离心、水洗、干燥后得到具柱撑结构蒙脱石‑二氧化钛‑石墨烯复合光催化剂。其工艺简单，易实现规模化生产；制备的复合催化剂具有纳米二氧化钛支撑蒙脱石单片层和石墨烯单片层的柱撑结构，二氧化钛负载均匀，反应物进出交换容易，充分利用了高价石墨烯，光催化效果好，可用于污染物去除、水裂解制氢、二氧化碳制燃料、抗菌杀毒众多领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种蒙脱石复合光催化剂及制备方法，尤其涉及一种具柱撑结构的蒙脱石-二氧化钛-石墨烯复合光催化剂及制备方法，属于蒙脱石功能化技术领域。
技术背景
由于化学稳定性高、无毒、表面积大和成本低等优点，纳米二氧化钛已被广泛用于分解有机污染物、水裂解制氢、抗菌杀毒、二氧化碳还原、太阳能光电转换、自清洁和气体传感等领域。纳米二氧化钛作为光催化剂处理污水时，存在两个突出问题：一是颗粒团聚导致表面活性位点减少；二是难以分离和回收。
解决以上问题的一种有效方法是将二氧化钛纳米粒子均匀负载在载体上，以同时改善分散性和回收率。常见的载体有活性炭、碳纤维、玻璃纤维、导电玻璃和分子筛等，然而这些载体为人工合成、成本较高，限制了其在光催化领域中的实际应用。
蒙脱石为2：1片层结构，是地球上分布最广、储量最大的粘土矿物之一，具有比表面积大、阳离子交换能力强、在水中易溶胀剥离等特点，因此被广泛用作吸附剂和催化剂载体。蒙脱石对纳米二氧化钛具有良好的负载性，制备的复合材料已被用来光催化降解甲基橙、罗丹明B和苯酚等污染物，并表现出较好的去除效果。但尽管如此，由于二氧化钛带隙较宽、光生载流子复合率高，蒙脱石-二氧化钛复合物光催化效率仍受到极大限制。
石墨烯具有高的导电、导热和载流子迁移率，被广泛应用在电池电极、半导体器件、透明显示屏、传感器、电容器、晶体管等方面。在光催化应用中，石墨烯与催化剂的复合可显著改善催化剂中光生载流子分离效率、扩大光吸收范围，进而提升催化剂的光催化活性。
不同表面性质的纳米颗粒可通过静电力、氢键、共价键等组装成一定的空间结构。蒙脱石片层带有永久性负电，石墨烯表面也含有氧、羟基等大量电负性缺陷，而常见二氧化钛前驱（如钛酸酯）的水解中间产物却呈正电性，因此二氧化钛在蒙脱石和石墨烯表面均易形成负载。此外，二氧化钛表面的大量不饱和悬键会与水反应生成羟基，而二氧化钛颗粒间会通过羟基间的氢键作用相互吸引。因此，表面负载了二氧化钛颗粒的蒙脱石片层，和表面负载了二氧化钛颗粒的石墨烯片层可通过表面二氧化钛间的氢键作用进一步组装。
因此可设想，利用蒙脱石的溶胀特性先将其剥离成单片层，再根据蒙脱石-二氧化钛-石墨烯三者间的相互作用，可获得二氧化钛纳米颗粒支撑蒙脱石单片层和石墨烯单片层的柱撑结构。该结构在改善二氧化钛分散和回收性的同时，又可提高光生载流子分离效率，同时还保证了反应物种在催化剂中的进出交换。
在制备具柱撑结构的蒙脱石-二氧化钛-石墨烯复合光催化剂时，最关键的是石墨烯添加时机和添加量。理想石墨烯添加时机应确保石墨烯添加前蒙脱石表面已形成二氧化钛纳米颗粒，同时溶液中仍有未反应钛盐，以便在石墨烯添加后也能在石墨烯上形成二氧化钛，避免蒙脱石和石墨烯直接通过氢键吸附组装；理想石墨烯的添加量应确保二氧化钛中光生载流子的有效分离，又不（过量）遮挡二氧化钛的光吸收，同时并有利于节省复合催化剂成本。
通过广泛查阅国内外文献资料，未发现相关专利和文献。一篇相近文献是利用蒙脱石共负载Fe2O3-Fe3O4纳米复合物、并用石墨烯进行修饰（Composites Part B:Engineering, 2017, 114: 211-222）。在该工作中Wang Jiao等先利用蒙脱石、水合硫酸铁和NaBH4通过液相还原、离心、清洗、干燥制备Fe2O3−Fe3O4-蒙脱石复合物；再利用石墨烯通过水热法对Fe2O3−Fe3O4-蒙脱石复合物进行修饰，经离心、清洗、干燥后获得Fe2O3−Fe3O4-蒙脱石-石墨烯复合光催化剂。该催化剂呈现出良好的甲基橙可见光催化降解效果，但制备流程包含液相还原和水热复合等两个独立过程，需经两遍配套的离心-清洗-干燥流程，工艺相对复杂。此外，蒙脱石未经过有效的剥离分层，层间比表面积不能被充分利用，阻碍了催化剂效率的提升；而且主要活性组分Fe2O3−Fe3O4在酸性环境中不稳定、易溶解，限制了该催化剂的实际应用范围。
发明内容
针对上述技术问题，提供一种制备工艺简单、孔隙发达、光催化性能优良的蒙脱石-二氧化钛-石墨烯复合光催化剂及制备方法。
为实现上述技术目的，本发明的具柱撑结构的蒙脱石-二氧化钛-石墨烯复合光催化剂制备方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）将质量浓度为68%的硝酸和去离子水混合，配置成稀硝酸；
（2）将异丙醇，钛酸酯和步骤（1）所配置的稀硝酸溶液按照体积比为15：1：30 ml的比例混合，搅拌1 h至透明；
（3）将1g蒙脱石加入100ml步骤（1）所得稀硝酸中超声剥离2h后，将得到的蒙脱石悬浮液加入步骤（2）所得溶液中，并继续添加步骤（1）所得稀硝酸至总体积达到250 ml，搅拌1h；
（4）将步骤（3）中搅拌1h所得溶液升温至设定温度后，保持温度并继续搅拌；
（5）将石墨烯溶液加入步骤（4）所得溶液中，然后保持设定温度继续搅拌；
（6）将步骤（5）中的反应产物离心、水洗、干燥后得到具柱撑结构的蒙脱石-二氧化钛-石墨烯复合光催化剂。
步骤（1）中，所述配置成的稀硝酸为pH值0.5~2。
步骤（2）中，所述的钛酸酯为钛酸四乙酯、钛酸四丁酯和钛酸四丙酯中的任意一种。
步骤（4）中，所述的加热温度为50~90℃。
步骤（4）中，所述的加热搅拌时间为0.2~1h。
步骤（5）中的石墨烯水悬浮液中使用的石墨烯为氧化石墨烯或还原石墨烯，石墨烯溶液体积为5~20ml，浓度为2mg/ml。
步骤（5）中，所述继续加热搅拌的时间为5~24h。
本发明所提供的具柱撑结构的蒙脱石-二氧化钛-石墨烯复合光催化剂制备过程主要通过溶胶凝胶一步反应实现。与类似光催化剂制备方法相比，具有工艺简单、易实现等优点，适合规模化生产。通过预超声，可实现大部分蒙脱石单片层的剥离分散；通过控制蒙脱石和石墨烯添加时机，可先在蒙脱石单片层表面形成纳米二氧化钛颗粒，而石墨烯加入时溶液中游离态钛前驱未完全耗尽，因此石墨烯表面也形成纳米二氧化钛，利于蒙脱石和石墨烯在随后组装时形成以纳米二氧化钛为柱撑的孔隙结构。
有益效果：由于采用了上述技术方案，本发明所制备的蒙脱石-二氧化钛-石墨烯复合光催化剂，二氧化钛纳米颗粒负载在蒙脱石和石墨烯表面，能有效减少其团聚并利于回收；石墨烯和二氧化钛间形成有效接触，便于光生载流子分离和转移；纳米二氧化钛颗粒作为支柱支撑蒙脱石单片层和石墨烯单片层形成孔隙结构，利于活性物种的进出反应；石墨烯两个底面均可与二氧化钛接触，保证了高价石墨烯的充分利用。复合光催化剂表现出优良的光催化性能，可应用于污染物去除、水裂解制氢、二氧化碳制燃料、抗菌杀毒等众多领域。
附图说明
图1为本发明的具柱撑结构的蒙脱石-二氧化钛-石墨烯复合光催化剂形成示意图；
图2（a）为实施例1所得蒙脱石-二氧化钛-石墨烯复合光催化剂局部区域透射显微形貌图；
图2（b）为图2（a）局部放大后的高分辨透射显微形貌图；
图2（c）为实施例1所得蒙脱石-二氧化钛-石墨烯复合光催化剂另一局部区域透射显微形貌图；
图2（d）为图2（c）局部放大后的高分辨透射显微形貌图；
图3（a）为本发明的不含石墨烯的蒙脱石-二氧化钛复合光催化剂示意图；
图3（b）为本发明的蒙脱石先与石墨烯复合再与二氧化钛复合的光催化剂示意图；
图3（c）为本发明的蒙脱石先与二氧化钛完全复合再与石墨烯二次复合的光催化剂示意图。
图4为不同石墨烯添加方法所得复合物光催化降解甲基橙速率常数对比图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作进一步的描述：
如图1所示，由于蒙脱石、石墨烯表面呈电负性，而二氧化钛前驱水解中间产物呈正电性，所以二氧化钛在蒙脱石和石墨烯表面均易形成负载。通过控制蒙脱石和石墨烯的添加时机，先使剥离的蒙脱石片层表面负载二氧化钛纳米颗粒，同时溶液中仍有未反应钛盐，在石墨烯添加后也在石墨烯上形成二氧化钛；表面负载了二氧化钛颗粒的蒙脱石，和表面负载了二氧化钛颗粒的石墨烯通过表面二氧化钛间的氢键作用进一步组装，进而可获得二氧化钛纳米颗粒支撑蒙脱石单片层和石墨烯单片层的柱撑结构，避免了蒙脱石单片层通过氢键直接和石墨烯进行组装。
本发明的具柱撑结构的蒙脱石-二氧化钛-石墨烯复合光催化剂制备方法，包括如下步骤：
（1）将质量浓度为68%的硝酸和去离子水混合，配置成稀硝酸，稀硝酸为pH值0.5~2；
（2）将异丙醇，钛酸酯和步骤（1）所配置的稀硝酸溶液按照体积比为15：1：30 ml的比例混合，搅拌1 h至透明，钛酸酯为钛酸四乙酯、钛酸四丁酯和钛酸四丙酯中的任意一种；
（3）将浓度为1g蒙脱石加入100ml步骤（1）所得稀硝酸中超声剥离2h后，将得到的蒙脱石悬浮液加入步骤（2）所得溶液中，继续添加步骤（1）所得稀硝酸至总体积达到250 ml，搅拌1h；
（4）将步骤（3）所得溶液升温至50~90℃后，保持温度并继续搅拌0.2~1h；
（5）将浓度为2mg/ml的蒙脱石溶液加入步骤（4）所得溶液中，然后保持设定温度继续搅拌；石墨烯溶液为氧化石墨烯溶液或还原石墨烯溶液，石墨烯溶液体积为5~20ml；
（6）将反应产物离心、水洗、干燥后得到具柱撑结构的蒙脱石-二氧化钛-石墨烯复合光催化剂。
使用上述制备方法获得的具柱撑结构的蒙脱石-二氧化钛-石墨烯复合光催化剂，具有纳米二氧化钛支撑蒙脱石单片层和石墨烯单片层的柱撑结构，利于反应物种的进出交换；石墨烯两个底面均可与二氧化钛接触，保证了高价石墨烯的充分利用，利于光生载流子分离和转移；且制备工艺简单、易实现规模化生产，可应用于污染物去除、水裂解制氢、二氧化碳制燃料、抗菌杀毒等众多领域。
实施例1.（1）将质量浓度为68%的浓硝酸和去离子水混合，配置pH值为1.3的稀硝酸溶液；（2）将异丙醇、钛酸四丁酯和稀硝酸溶液按照15ml：1ml：30ml的比例混合，搅拌1h至透明；（3）将浓度为1g蒙脱石加入100ml稀硝酸中超声剥离2h后，将得到的蒙脱石悬浮液加入步骤（2）所得溶液中，继续添加稀硝酸至总体积达到250 ml，搅拌1h；（4）将步骤（3）所得溶液加热至70℃，搅拌 0.5h后（形成蒙脱石-二氧化钛复合物），加入10ml石墨烯溶液（浓度2 mg/ml）继续加热搅拌至总时长为18h（溶液中未反应的钛盐首先在石墨烯表面水解，形成石墨烯-二氧化钛复合物；然后石墨烯-二氧化钛复合物与蒙脱石-二氧化钛复合物组装成蒙脱石-二氧化钛-石墨烯复合结构，形成过程见图1）；将反应产物离心、水洗、干燥后得到具柱撑结构的蒙脱石-二氧化钛-石墨烯复合光催化剂，透射显微形貌见图2。其中图2（a）为低倍透射显微形貌，图2（b）为图2（a）局部高分辨放大形貌，其中0.35 和0.21 nm晶格条纹分别对应于二氧化钛和石墨烯，而基底为蒙脱石；图2（c）为复合催化剂另一区域的低倍透射显微形貌，图2（d）为图2（c）局部高分辨放大形貌，可清晰观察到柱撑结构。
制备所得的蒙脱石-二氧化钛-石墨烯复合光催化剂（图1和图2）与不同石墨烯添加方法所得复合物（图3）光催化降解甲基橙速率常数对比如图4所示。图3（a）为蒙脱石-二氧化钛-石墨烯复合光催化剂（MTG）的光催化效率是蒙脱石-二氧化钛复合光催化剂（MT）的3.06倍，证明石墨烯添加对光生载流子分离、催化效率提升有明显促进作用（Adv. Funct.Mater. 2008, 18, 2180）；图3（b）为MTG光催化效率是蒙脱石先与石墨烯复合再与二氧化钛复合的光催化剂（MGT）的6.55倍，证明MTG柱撑结构中石墨烯利用更充分、孔隙结构更利于反应物交换，进而能促进光催化反应发生；图3（c）为MTG光催化效率是蒙脱石先与二氧化钛完全复合再与石墨烯二次复合的光催化剂（MT+G）的1.61倍，证明控制石墨烯添加时机，能够使石墨烯与蒙脱石组装前就负载上二氧化钛，进而充分利用石墨烯双面面积、提高二氧化钛和石墨烯接触几率，促进光生载流子分离，提高光催化反应效率。
实施例2.（1）将质量浓度为68%的浓硝酸和去离子水混合，配置pH值为0.5的稀硝酸溶液；（2）将异丙醇、钛酸四丁酯和稀硝酸溶液按照15ml：1ml：30ml的比例混合，搅拌1h至透明；（3）将浓度为1g蒙脱石加入100ml稀硝酸中超声剥离2h后，将得到的蒙脱石悬浮液加入步骤（2）所得溶液中，继续添加稀硝酸至总体积达到250ml，搅拌1h；（4）将步骤（3）所得溶液加热至70℃，搅拌 0.5h后，加入10ml石墨烯溶液（浓度2 mg/ml）继续加热搅拌至总时长为18h；将反应产物离心、水洗、干燥后得到具柱撑结构的蒙脱石-二氧化钛-石墨烯复合光催化剂。
实施例3.（1）将质量浓度为68%的浓硝酸和去离子水混合，配置pH值为2的稀硝酸溶液；（2）将异丙醇、钛酸四丁酯和稀硝酸溶液按照15ml：1ml：30ml的比例混合，搅拌1h至透明；（3）将浓度为1g蒙脱石加入100ml稀硝酸中超声剥离2h后，将得到的蒙脱石悬浮液加入步骤（2）所得溶液中，继续添加稀硝酸至总体积达到250ml，搅拌1h；（4）将步骤（3）所得溶液加热至70℃，搅拌 0.5h后，加入10ml石墨烯溶液（浓度2mg/ml）继续加热搅拌至总时长为18h；将反应产物离心、水洗、干燥后得到具柱撑结构的蒙脱石-二氧化钛-石墨烯复合光催化剂。
实施例4.（1）将质量浓度为68%的浓硝酸和去离子水混合，配置pH值为1.3的稀硝酸溶液；（2）将异丙醇、钛酸四丁酯和稀硝酸溶液按照15ml：1ml：30ml的比例混合，搅拌1h至透明；（3）将浓度为1g蒙脱石加入100ml稀硝酸中超声剥离2h后，将得到的蒙脱石悬浮液加入步骤（2）所得溶液中，继续添加稀硝酸至总体积达到250ml，搅拌1h；（4）将步骤（3）所得溶液加热至70℃，搅拌 0.5h后，加入5ml石墨烯溶液（浓度2mg/ml）继续加热搅拌至总时长为18h；将反应产物离心、水洗、干燥后得到具柱撑结构的蒙脱石-二氧化钛-石墨烯复合光催化剂。
实施例5.（1）将质量浓度为68%的浓硝酸和去离子水混合，配置pH值为1.3的稀硝酸溶液；（2）将异丙醇、钛酸四丁酯和稀硝酸溶液按照15ml：1ml：30ml的比例混合，搅拌1h至透明；（3）将浓度为1g蒙脱石加入100ml稀硝酸中超声剥离2h后，将得到的蒙脱石悬浮液加入步骤（2）所得溶液中，继续添加稀硝酸至总体积达到250ml，搅拌1h；（4）将步骤（3）所得溶液加热至70℃，搅拌 0.5h后，加入20ml石墨烯溶液（浓度2mg/ml）继续加热搅拌至总时长为18h；将反应产物离心、水洗、干燥后得到具柱撑结构的蒙脱石-二氧化钛-石墨烯复合光催化剂。
实施例6.（1）将质量浓度为68%的浓硝酸和去离子水混合，配置pH值为1.3的稀硝酸溶液；（2）将异丙醇、钛酸四丁酯和稀硝酸溶液按照15ml：1ml：30ml的比例混合，搅拌1h至透明；（3）将浓度为1g蒙脱石加入100ml稀硝酸中超声剥离2h后，将得到的蒙脱石悬浮液加入步骤（2）所得溶液中，继续添加稀硝酸至总体积达到250ml，搅拌1h；（4）将步骤（3）所得溶液加热至50℃，搅拌 0.5h后，加入10ml石墨烯溶液（浓度2mg/ml）继续加热搅拌至总时长为18h；将反应产物离心、水洗、干燥后得到具柱撑结构的蒙脱石-二氧化钛-石墨烯复合光催化剂。
实施例7.（1）将质量浓度为68%的浓硝酸和去离子水混合，配置pH值为1.3的稀硝酸溶液；（2）将异丙醇、钛酸四丁酯和稀硝酸溶液按照15ml：1ml：30ml的比例混合，搅拌1h至透明；（3）将浓度为1g蒙脱石加入100ml稀硝酸中超声剥离2h后，将得到的蒙脱石悬浮液加入步骤（2）所得溶液中，继续添加稀硝酸至总体积达到250ml，搅拌1h；（4）将步骤（3）所得溶液加热至90℃，搅拌 0.5h后，加入10ml石墨烯溶液（浓度2mg/ml）继续加热搅拌至总时长为18h；将反应产物离心、水洗、干燥后得到具柱撑结构的蒙脱石-二氧化钛-石墨烯复合光催化剂。
实施例8.（1）将质量浓度为68%的浓硝酸和去离子水混合，配置pH值为1.3的稀硝酸溶液；（2）将异丙醇、钛酸四丁酯和稀硝酸溶液按照15ml：1ml：30ml的比例混合，搅拌1h至透明；（3）将浓度为1g蒙脱石加入100ml稀硝酸中超声剥离2h后，将得到的蒙脱石悬浮液加入步骤（2）所得溶液中，继续添加稀硝酸至总体积达到250ml，搅拌1h；（4）将步骤（3）所得溶液加热至70℃，搅拌 0.2h后，加入10ml石墨烯溶液（浓度2mg/ml）继续加热搅拌至总时长为18h；将反应产物离心、水洗、干燥后得到具柱撑结构的蒙脱石-二氧化钛-石墨烯复合光催化剂。
实施例9.（1）将质量浓度为68%的浓硝酸和去离子水混合，配置pH值为1.3的稀硝酸溶液；（2）将异丙醇、钛酸四丁酯和稀硝酸溶液按照15ml：1ml：30ml的比例混合，搅拌1h至透明；（3）将浓度为1g蒙脱石加入100ml稀硝酸中超声剥离2h后，将得到的蒙脱石悬浮液加入步骤（2）所得溶液中，继续添加稀硝酸至总体积达到250ml，搅拌1h；（4）将步骤（3）所得溶液加热至70℃，搅拌 1h后，加入10ml石墨烯溶液（浓度2mg/ml）继续加热搅拌至总时长为18h；将反应产物离心、水洗、干燥后得到具柱撑结构的蒙脱石-二氧化钛-石墨烯复合光催化剂。
实施例10.（1）将质量浓度为68%的浓硝酸和去离子水混合，配置pH值为1.3的稀硝酸溶液；（2）将异丙醇、钛酸四丁酯和稀硝酸溶液按照15ml：1ml：30ml的比例混合，搅拌1h至透明；（3）将浓度为1g蒙脱石加入100ml稀硝酸中超声剥离2h后，将得到的蒙脱石悬浮液加入步骤（2）所得溶液中，继续添加稀硝酸至总体积达到250ml，搅拌1h；（4）将步骤（3）所得溶液加热至70℃，搅拌 0.5h后，加入10ml石墨烯溶液（浓度2mg/ml）继续加热搅拌至总时长为5h；将反应产物离心、水洗、干燥后得到具柱撑结构的蒙脱石-二氧化钛-石墨烯复合光催化剂。
实施例11.（1）将质量浓度为68%的浓硝酸和去离子水混合，配置pH值为1.3的稀硝酸溶液；（2）将异丙醇、钛酸四丁酯和稀硝酸溶液按照15ml：1ml：30ml的比例混合，搅拌1h至透明；（3）将浓度为1g蒙脱石加入100ml稀硝酸中超声剥离2h后，将得到的蒙脱石悬浮液加入步骤（2）所得溶液中，继续添加稀硝酸至总体积达到250ml，搅拌1h；（4）将步骤（3）所得溶液加热至70℃，搅拌 0.5h后，加入10ml石墨烯溶液（浓度2mg/ml）继续加热搅拌至总时长为12h；将反应产物离心、水洗、干燥后得到具柱撑结构的蒙脱石-二氧化钛-石墨烯复合光催化剂。
实施例12.（1）将质量浓度为68%的浓硝酸和去离子水混合，配置pH值为1.3的稀硝酸溶液；（2）将异丙醇、钛酸四丁酯和稀硝酸溶液按照15ml：1ml：30ml的比例混合，搅拌1h至透明；（3）将浓度为1g蒙脱石加入100ml稀硝酸中超声剥离2h后，将得到的蒙脱石悬浮液加入步骤（2）所得溶液中，继续添加稀硝酸至总体积达到250ml，搅拌1h；（4）将步骤（3）所得溶液加热至70℃，搅拌 0.5h后，加入10ml石墨烯溶液（浓度2mg/ml）继续加热搅拌至总时长为24h；将反应产物离心、水洗、干燥后得到具柱撑结构的蒙脱石-二氧化钛-石墨烯复合光催化剂。
实施例13.（1）将质量浓度为68%的浓硝酸和去离子水混合，配置pH值为1.3的稀硝酸溶液；（2）将异丙醇、钛酸四乙酯和稀硝酸溶液按照15ml：1ml：30ml的比例混合，搅拌1h至透明；（3）将浓度为1g蒙脱石加入100ml稀硝酸中超声剥离2h后，将得到的蒙脱石悬浮液加入步骤（2）所得溶液中，继续添加稀硝酸至总体积达到250ml，搅拌1h；（4）将步骤（3）所得溶液加热至70℃，搅拌 0.5h后，加入10ml石墨烯溶液（浓度2mg/ml）继续加热搅拌至总时长为18h；将反应产物离心、水洗、干燥后得到具柱撑结构的蒙脱石-二氧化钛-石墨烯复合光催化剂。
实施例14.（1）将质量浓度为68%的浓硝酸和去离子水混合，配置pH值为1.3的稀硝酸溶液；（2）将异丙醇、钛酸异丙酯和稀硝酸溶液按照15ml：1ml：30ml的比例混合，搅拌1h至透明；（3）将浓度为1g蒙脱石加入100ml稀硝酸中超声剥离2h后，将得到的蒙脱石悬浮液加入步骤（2）所得溶液中，继续添加稀硝酸至总体积达到250ml，搅拌1h；（4）将步骤（3）所得溶液加热至70℃，搅拌 0.5h后，加入10ml石墨烯溶液（浓度2mg/ml）继续加热搅拌至总时长为18h；将反应产物离心、水洗、干燥后得到具柱撑结构的蒙脱石-二氧化钛-石墨烯复合光催化剂。
Claims (8)
1.一种具柱撑结构的蒙脱石-二氧化钛-石墨烯复合光催化剂制备方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）将质量浓度为68%的硝酸和去离子水混合，配置成稀硝酸；
（2）将异丙醇，钛酸酯和步骤（1）所配置的稀硝酸溶液按照体积比为15：1：30 ml的比例混合，搅拌1 h至透明；
（3）将1g蒙脱石加入100ml步骤（1）所得稀硝酸中超声剥离2h后，将得到的蒙脱石悬浮液加入步骤（2）所得溶液中，并继续添加步骤（1）所得稀硝酸至总体积达到250 ml，搅拌1h；
（4）将步骤（3）所得溶液升温至设定温度后，保持温度并继续搅拌；
（5）将石墨烯溶液加入步骤（4）所得溶液中，然后保持设定温度继续搅拌；
（6）将步骤（5）中的反应产物离心、水洗、干燥后得到具柱撑结构的蒙脱石-二氧化钛-石墨烯复合光催化剂。
2.根据权利要求1所述的具柱撑结构的蒙脱石-二氧化钛-石墨烯复合光催化剂制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述配置成的稀硝酸为pH值0.5~2。
3.根据权利要求1所述的一种具柱撑结构的蒙脱石-二氧化钛-石墨烯复合光催化剂制备方法，其特征在于：步骤（2）中，所述的钛酸酯为钛酸四乙酯、钛酸四丁酯和钛酸四丙酯中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的具柱撑结构的蒙脱石-二氧化钛-石墨烯复合光催化剂制备方法，其特征在于：步骤（4）中，所述的加热温度为50~90℃。
5.根据权利要求1所述的具柱撑结构的蒙脱石-二氧化钛-石墨烯复合光催化剂制备方法，其特征在于：步骤（4）中，所述的加热搅拌时间为0.2~1h。
6.根据权利要求1或4所述的具柱撑结构的蒙脱石-二氧化钛-石墨烯复合光催化剂制备方法，其特征在于：步骤（5）中的石墨烯浮液中使用的石墨烯为氧化石墨烯或还原石墨烯，石墨烯溶液体积为5~20ml，浓度为2mg/ml。
7.根据权利要求1所述的具柱撑结构的蒙脱石-二氧化钛-石墨烯复合光催化剂制备方法，其特征在于：步骤（5）中，所述继续加热搅拌的时间为5~24h。
8.一种使用上述任一权利要求所述的具柱撑结构的蒙脱石-二氧化钛-石墨烯复合光催化剂制备方法获得的具柱撑结构的蒙脱石-二氧化钛-石墨烯复合光催化剂，其特征在于：具有纳米二氧化钛支撑蒙脱石单片层和石墨烯单片层的柱撑结构，二氧化钛与蒙脱石和石墨烯片层形成有效接触，反应物种进出交换容易，可应用于污染物去除、水裂解制氢、二氧化碳制燃料、抗菌杀毒等众多领域。
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2020
- 2020-12-04 CN CN202011413565.4A patent/CN112439403A/zh active Pending
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