納米線的制法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種在可見(jiàn)光下具有高催化降解活性的分子印跡-摻雜T12的制法，屬于制備光催化劑的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]在光催化技術(shù)中，1102作為廉價(jià)、穩(wěn)定、高效的光催化劑材料，在國(guó)內(nèi)外均得到廣泛的認(rèn)同。但1102是寬禁帶半導(dǎo)體，僅在紫外光區(qū)有響應(yīng)，而波長(zhǎng)在400nm以下的紫外光只占太陽(yáng)光總能量的5%。此外，二氧化鈦?zhàn)陨懋a(chǎn)生的光生電子-空穴對(duì)復(fù)合率高，因此，只有改變T12本身的物理、化學(xué)、晶體等性質(zhì)，才能使它對(duì)可見(jiàn)光的利用效率得到提高。
[0003]為達(dá)到這一目的有兩大思路:一是對(duì)T12的修飾改性使得其響應(yīng)波長(zhǎng)發(fā)生紅移，主要有金屬/非金屬摻雜、窄禁帶半導(dǎo)體復(fù)合、染料敏化、形貌改性等手段；另一種是對(duì)1102復(fù)合具有高效電子傳遞的有序納米管狀結(jié)構(gòu)，使得光生電子的傳遞得到大幅增強(qiáng)，從而實(shí)現(xiàn)光催化劑的改良。石墨烯是目前已知的導(dǎo)電性能最出色的材料，其電子的傳遞速度可達(dá)到光速的1/300，此外還有利于提高目標(biāo)污染物在催化劑表面的吸附率。現(xiàn)今最常用的石墨烯的制備方法是化學(xué)氧化還原法。這種方法是先釆用較強(qiáng)化學(xué)氧化劑將石墨氧化得到氧化石墨，這些含氧基團(tuán)可以與陽(yáng)離子相互作用，為納米粒子提供成核和生長(zhǎng)的活性位，從而促使石墨烯與無(wú)機(jī)半導(dǎo)體材料復(fù)合，然后氧化石墨烯被部分還原成石墨烯。因此將修飾改性后的T12與石墨烯復(fù)合制備石墨烯-T12光催化劑是增強(qiáng)改良T1 2光催化性能的有效途徑。
[0004]石墨烯_1102復(fù)合物的制備方法及種類(lèi)很多，然而石墨烯-離子摻雜T12納米線復(fù)合物的制備卻尚未報(bào)道，由于T12納米線在石墨烯上分散均勻，既可將光降解區(qū)域拓展到可見(jiàn)光區(qū)域，同時(shí)更加有利于光生電子的傳遞，減少光生電子空穴對(duì)的復(fù)合，此外還有利于提高目標(biāo)污染物在催化劑表面的吸附率，而離子摻雜能夠也能有效降低1102的禁帶寬度，減少光生電子空穴對(duì)的復(fù)合，可以預(yù)見(jiàn)石墨烯-離子摻雜打02復(fù)合物的光催化性能將進(jìn)一步提高。因此，制備石墨烯-離子摻雜T12復(fù)合物有重要的研宄意義和應(yīng)用前景?；诖吮尘跋拢景l(fā)明合成了一種在可見(jiàn)光下具有高催化降解活性的石墨烯-鐵摻雜T12納米線復(fù)合光催化劑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的:將摻雜、形貌改性與復(fù)合具有高效電子傳遞的碳材料等改進(jìn)技術(shù)結(jié)合對(duì)T12的光催化性能進(jìn)行深入改進(jìn)，一方面提高其在可見(jiàn)光區(qū)域的光催化活性，另一方面提高催化劑對(duì)污染物的吸附和降解能力，制備出在可見(jiàn)光下對(duì)有機(jī)污染物具有高催化降解活性的光催化劑。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案:一種在可見(jiàn)光下具有高催化降解活性的石墨烯-鐵摻雜T12納米線的制法，按照以下步驟進(jìn)行:
[0007](I)鐵摻雜T12納米線的合成:2.0g Ti02(德固賽P25)和與鈦源摩爾比為1%的FeCl3.6H20粉狀體加入到60mL的水溶液中，并攪拌lOmin，此時(shí)向其中加入Κ0Η，再交替進(jìn)行超聲攪拌30?60min，每15min交替一次，直至得到均勾的懸浮液，將該懸浮液倒入10mL的含聚四氟乙烯襯里的高壓釜中，將高壓釜保持在200°C下，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻至室溫，得到的產(chǎn)物依次用稀HCl水溶液，去離子水和甲醇洗滌幾次，直到pH值等于7，真空過(guò)濾后，濕的回收產(chǎn)品在70°C下干燥6小時(shí)，最后300°C下焙燒，最終得到鐵摻雜T12納米線；
[0008](2)石墨烯-鐵摻雜T12納米線的合成:氧化石墨烯溶解在乙醇與蒸餾水溶液中，超聲處理lh，然后加入2.0g鐵摻雜T12納米線到所獲得的溶液中，將其交替進(jìn)行超聲攪拌80min，每20min交替一次，以得到均勾的懸浮液，然后將懸浮液放置在一個(gè)10mL的含聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓釜中，在120°C下反應(yīng)一段時(shí)間后制備得到石墨烯-鐵摻雜1102納米線復(fù)合物，最后，通過(guò)用乙醇漂洗幾次，過(guò)濾所得到的復(fù)合物，并在室溫下干燥后保存；
[0009](3)石墨烯-鐵摻雜T12納米線光降解有機(jī)污染物:100mg石墨烯-鐵摻雜T12納米線光催化劑加入到500mL濃度為10mg/L的亞甲基藍(lán)溶液中，黑暗中攪拌60min，然后在400W金鹵燈下進(jìn)行降解實(shí)驗(yàn)，溶液距光源距離為15cm，每20min鐘移取5mL溶液，離心，對(duì)上清液進(jìn)行降解效果檢測(cè)。
[0010]上述步驟⑴中高壓釜保持在200°C的時(shí)間為18?30h ;步驟⑴中焙燒時(shí)間為2?6h ;步驟(2)中氧化石墨烯質(zhì)量為20?40mg ;步驟(2)中乙醇與蒸餾水的體積比為1:3?1:1。步驟(3)中石墨烯-鐵摻雜T12納米線在可見(jiàn)光下催化降解亞甲基藍(lán)的能力相對(duì)于Ti02(德固賽P25)提高了 147?206%、相對(duì)于鐵摻雜T12納米線提高了 70?89%。
[0011]本發(fā)明采用水熱法合成的鐵摻雜T12，再在水熱條件下與石墨烯復(fù)合，制備出可見(jiàn)光下具有高催化活性的石墨烯-摻鐵T12納米線光催化劑。
[0012]本發(fā)明的技術(shù)優(yōu)點(diǎn):使用鐵摻雜1102納米線提高了對(duì)可見(jiàn)光的利用率同時(shí)降低了光生電子空穴的復(fù)合率，將鐵摻雜打02納米線與石墨烯復(fù)合后進(jìn)一步更有效地降低了催化劑光生電子空穴的復(fù)合率并提高了對(duì)可見(jiàn)光的利用率，同時(shí)石墨烯的復(fù)合提高了催化劑對(duì)有機(jī)污染物的吸附能力，從而極大地提升了光催化劑在可見(jiàn)光區(qū)域降解有機(jī)污染物能力。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1:光催化劑降解亞甲基藍(lán)圖:(a)Ti02(德固賽P25)，(b)鐵摻雜T12納米線，(c)石墨稀-摻鐵1102納米線。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面實(shí)施例可以使本領(lǐng)域技術(shù)人員全面的理解本發(fā)明，但不以任何方式限制本發(fā)明。
[0015]實(shí)施例1:
[0016](I)鐵摻雜T12納米線的合成:2.0g Ti02(德固賽P25)和與鈦源摩爾比為1%的FeCl3.6H20粉狀體加入到60mL的水溶液中，并攪拌lOmin，此時(shí)向其中加入30g的K0H，再交替進(jìn)行超聲攪拌30min，每15min交替進(jìn)行一次，直至得到均勾的懸浮液，將該懸浮液倒Λ 10mL的含聚四氟乙烯襯里的高壓釜中，將高壓釜保持在200°C下18h，然后自然冷卻至室溫，得到的產(chǎn)物依次用稀HCl水溶液，去離子水和甲醇洗滌幾次，直到pH值等于7，真空過(guò)濾后，濕的回收產(chǎn)品在70°C下干燥6小時(shí)，最后300°C下焙燒2h，最終得到鐵摻雜T12納米線；
[0017](2)石墨烯-鐵摻雜T12納米線的合成:20mg氧化石墨烯溶解在20mL乙醇和60mL蒸餾水溶液中，超聲處理lh，然后加入2.0g鐵摻雜T12納米線到所獲得的溶液中，將其超聲攪拌80min，每20min交替一次，以得到均勻的懸浮液，然后將懸浮液放置在一個(gè)10mL的含聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓釜中，在120°C下反應(yīng)一段時(shí)間后制備得到石墨烯-鐵摻雜1102納米線復(fù)合物，最后，通過(guò)用乙醇漂洗幾次，過(guò)濾所得到的復(fù)合物，并在室溫下干燥后保存；
[0018](3)石墨烯-鐵摻雜T12納米線光降解有機(jī)污染物:10mg石墨烯-摻鐵T1 2納米線光催化劑加入到500mL濃度為10mg/L的亞甲基藍(lán)溶液中，黑暗中攪拌60min，然后在400W金鹵燈下進(jìn)行降解實(shí)驗(yàn)，溶液距光源距離為15cm，每20min鐘移取5mL溶液，離心，對(duì)上清液進(jìn)行降解效果檢測(cè)。結(jié)果表明:石墨烯-鐵摻雜T12納米線在可見(jiàn)光下催化降解亞甲基藍(lán)的能力相對(duì)于Ti02(德固賽P25)提高了 164%、相對(duì)于鐵摻雜T12納米線提高了76%。
[0019]實(shí)施例2:
[0020](I)鐵摻雜T12納米線的合成:2.0g Ti02(德固賽P25)和與鈦源摩爾比為1%的FeCl3.6H20粉狀體加入到60mL的水溶液中，并攪拌lOmin，此時(shí)向其中加入40g的K0H，再超聲攪拌30min，每15min交替進(jìn)行一次，直至得到均勾的懸浮液，將該懸浮液倒入10mL的含聚四氟乙烯襯里的高壓釜中，將高壓釜保持在200°C下24h，然后自然冷卻至室溫，得到的產(chǎn)物依次用稀HCl水溶液，去離子水和甲醇洗滌幾次，直到pH值等于7，真空過(guò)濾后，濕的回收產(chǎn)品在70°C下干燥6小時(shí)，最后300°C下焙燒2h，最終得到鐵摻雜T12納米線；
[0021](2)石墨烯-鐵摻雜T12納米線的合成:20mg氧化石墨烯溶解在25mL乙醇和60mL蒸餾水溶液中，超聲處理lh，然后加入2.0g鐵摻雜T12納米線到所獲得的溶液中，將其超聲攪拌80min，每20min交替一次，以得到均勻的懸浮液，然后將懸浮液放置在一個(gè)10mL的含聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓釜中，在120°C下反應(yīng)一段時(shí)間后制備得到石墨烯-鐵摻雜1102納米線復(fù)合物，最后，通過(guò)用乙醇漂洗幾次，過(guò)濾所得到的復(fù)合物，并在室溫下干燥后保存；
[0022](3)石墨烯-鐵摻雜T12納米線光降解有機(jī)污染物:10mg石墨烯-摻鐵T1 2納米線光催化劑加入到500mL濃度為10mg/L的亞甲基藍(lán)溶液中，黑暗中攪拌60min，然后在400W金鹵燈下進(jìn)行降解實(shí)驗(yàn)，溶液距光源距離為15cm，每20min鐘移取5mL溶液，離心，對(duì)上清液進(jìn)行降解效果檢測(cè)。結(jié)果表明:石墨烯-鐵摻雜T12納米線在可見(jiàn)光下催化降解亞甲基藍(lán)的能力相對(duì)于Ti02(德固賽P25)提高了 206%、相對(duì)于鐵摻雜T12納米線提高了89%。
[0023]實(shí)施例3:
[0024](I)鐵摻雜T12納米線的合成:2.0g Ti02(德固賽P25)和與鈦源摩爾比為1%的FeCl3.6H20粉狀體加入到60mL的水溶液中，并攪拌lOmin，此時(shí)向其中加入50g的Κ0Η，再超聲攪拌30min，每15min交替進(jìn)行一次，直至得到均勾的懸浮液，將該懸浮液倒入10mL的含聚四氟乙烯襯里的高壓釜中，將高壓釜保持在200°C下24h，然后自然冷卻至室溫，得到的產(chǎn)物依次用稀HCl水溶液，去離子水和甲醇洗滌幾次，直到pH值等于7，真空過(guò)濾后，濕的回收產(chǎn)品在70°C下干燥6小時(shí)，最后300°C下焙燒4h，最終得到鐵摻雜T12納米線；
[0025](2)石墨稀-鐵摻雜T12納米線的合成:20mg氧化石墨稀溶解在25mL乙醇和60mL蒸餾水溶液中，超聲處理lh，然后加入2.0g鐵摻雜T12納米線到所獲得的溶液中，將其超聲攪拌80min，每20min交替一次，以得到均勻的懸浮液，然后將懸浮液放置在一個(gè)10mL的含聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓釜中，在120°C下反應(yīng)一段時(shí)間后制備得到石墨烯-鐵摻雜1102納米線復(fù)合物，最后，通過(guò)用乙醇漂洗幾次，過(guò)濾所得到的復(fù)合物，并在室溫下干燥后保存；
[0026](3)石墨烯-鐵摻雜T12納米線光降解有機(jī)污染物:10mg石墨烯-摻鐵T1 2納米線光催化劑加入到500mL濃度為10mg/L的亞甲基藍(lán)溶液中，黑暗中攪拌60min，然后在400W金鹵燈下進(jìn)行降解實(shí)驗(yàn)，溶液距光源距離為15cm，每20min鐘移取5mL溶液，離心，對(duì)上清液進(jìn)行降解效果檢測(cè)。結(jié)果表明:石墨烯-鐵摻雜T12納米線在可見(jiàn)光下催化降解亞甲基藍(lán)的能力相對(duì)于Ti02(德固賽P25)提高了 172%、相對(duì)于鐵摻雜T12納米線提高了80%。
[0027]實(shí)施例4:
[0028](I)鐵摻雜T12納米線的合成:2.0g Ti02(德固賽P25)和與鈦源摩爾比為1%的FeCl3.6H20粉狀體加入到60mL的水溶液中，并攪拌lOmin，此時(shí)向其中加入40g的K0H，再超聲攪拌60min，每15min交替進(jìn)行一次，直至得到均勾的懸浮液，將該懸