三维大孔石墨烯-二氧化钛复合材料的制备及其对光催化降解性能的研究

摘要

二氧化钛是一种公认的非常具有前景的绿色光催化剂，在污水处理和解决环境污染问题等方面具有潜力；石墨烯是近几年来发展起来的具有优异性能的新型碳材料，三维石墨烯-二氧化钛复合材料在解决水污染的问题上具有潜在的应用价值。 本论文主要采用不同方法对石墨烯进行三维组装，再与二氧化钛进行负载制备三维二氧化钛-石墨烯复合材料，并研究了其对亚甲基蓝（MB）和4-硝基苯酚（4-NP）的光催化降解性能。本论文主要研究内容如下： （1）三维有序大孔TiO2-rGO复合材料的制备及其光催化降解MB 首先，以表面带有阳离子的聚苯乙烯微球为模板，通过正负离子相互作用使氧化石墨烯片层吸附在聚苯乙烯微球表面，然后将氧化石墨烯片层修饰的聚苯乙烯微球通过离心作用沉淀为胶体晶模板，用硅烷偶联剂对胶体晶模板进行改性，加入钛酸四丁酯水溶液在毛细作用下使其形成凝胶，然后氮气气氛中500℃培烧，形成内表面为石墨烯片层的三维大孔二氧化钛复合材料。并研究了对MB的光催化降解性能和MB光催化降解机理。在可见光照射下，比较了商业P25与三维有序大孔rGO-TiO2复合材料对MB的降解能力，结果表明，三维有序大孔rGO-TiO2复合材料对MB的去除率接近100％，其降解速率为P25的6.5倍。研究了复合材料对MB光催化降解机理，结果表明?OH、?O2?和h+在复合材料光降解MB的过程中是主要的反应活性体。 （2）TiO2纳米片增强的三维网状大孔石墨烯-二氧化钛复合材料的制备及其对光催化降解4-NP 首先，把氧化石墨烯水溶液通过水热合成法制备成三维网状大孔石墨烯骨架材料，然后采用对氨基苯甲酸对其进行改性，再将制备的二氧化钛纳米片通过一定作用与其结合，最后加入钛酸四丁酯水溶液在毛细作用下形成凝胶，然后氮气气氛焙烧，形成了TiO2纳米片增强的三维网状大孔石墨烯-二氧化钛复合材料。并以其为光催化剂研究了对4-NP的光催化降解性能。结果表明，在可见光照射下，光照75min后，TNS-SG/TiO2去除率达到72%，分别是TNS-SG，SG/TiO2和TNS的1.31倍，2.70倍和8.34倍。研究了TNS-SG/TiO2对4-NP光催化降解机理，结果表明?OH在TNS-SG/TiO2光降解4-NP的过程中是主要的反应活性体。

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