一種高活性介孔光催化劑的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于催化劑制作技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高活性介孔光催化劑的制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]石墨烯擁有sp2雜化的六方共軛結(jié)構(gòu)，是一種穩(wěn)定的二維晶體材料，由于其在電學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)和力學(xué)等方面表現(xiàn)出諸多優(yōu)異性能，結(jié)合其特殊的單原子層平面二維結(jié)構(gòu)及其高比表面積，因而成為性能更為優(yōu)異的載體材料和電子或空穴傳遞的多功能材料，極大地激發(fā)了相關(guān)領(lǐng)域科研人員的研究熱情?，F(xiàn)有技術(shù)中的這些方法存在或操作復(fù)雜，或耗時(shí)長，或重現(xiàn)性差，或氧化程度不均勻等不足。因此，開發(fā)一種高效率，高產(chǎn)率，穩(wěn)定性好，操作過程易控制的制備氧化石墨新技術(shù)具有重要意義。
[0003]納米金屬催化劑，尤其是納米Pd，因其優(yōu)異的催化活性和選擇性在多相催化領(lǐng)域中占有重要的地位。納米Pd易團(tuán)聚、難于穩(wěn)定存在且難回收是目前遇到的難題，碳材料是目前應(yīng)用最廣泛的催化劑載體，但載體碳的腐蝕易導(dǎo)致電化學(xué)活性降低，碳腐蝕更加嚴(yán)重。五氧化二鈮(Nb205)作為一種典型的η型半導(dǎo)體材料，具有催化活性高、化學(xué)穩(wěn)定性好和無毒無害等優(yōu)點(diǎn)，然而，Nb205的吸收波段局限于紫外光區(qū)，只能利用太陽光中3%-5%的紫外光，同時(shí)也限制了 Nb205的光催化應(yīng)用范圍。為克服上述問題，人們研究開發(fā)金屬氧化物作為催化劑載體。因此，如何研發(fā)一種高活性介孔光催化劑的制作方法，使催化劑具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，高光催化活性，環(huán)境友好性等，是本發(fā)明要解決的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種高活性介孔光催化劑的制作方法，通過微波輻射輔助石墨插層氧化，生產(chǎn)效率高，重現(xiàn)性好，又利用了 Ti02提高Pd催化活性，同時(shí)石墨烯本身良好的導(dǎo)電性彌補(bǔ)了半導(dǎo)體Ti02導(dǎo)電性差的問題，制得的催化劑中具有良好的孔道結(jié)構(gòu)和較大的比表面積，提高了光催化劑對太陽能的利用率。
[0005]本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:
一種高活性介孔光催化劑的制作方法，其特征在于，具體包括如下步驟:
(1)石墨粉預(yù)處理:將lg石墨粉加入1000ml水中，在轉(zhuǎn)速為900r/min-l~1800r/min的磁力攪拌下，加入30-50ml濃度為93%的6_8g濃硫酸和4_6g高猛酸鉀，混合均勻；
(2)微波輔助制氧化石墨:將上述混合液用功率密度為5kW.πι 2~ 8kW.πι2的微波輻射30min ~65min，然后按lg石墨粉使用0.6-1.8ml質(zhì)量百分含量為30%的H202的用量加入到上述溶液中，用質(zhì)量百分含量為20%的鹽酸離心分離所得沉淀物；
(3)制活性氧化石墨烯溶膠:將上述所得氧化石墨溶入去離子水中，配成0.5mg/mL的溶液，加入0.8-1.2mL的0.03mol/L PdC12水溶液，控制超聲功率為300W~500W，超聲剝離2-3h，離心除去不溶性雜質(zhì)；
(4)制介孔光催化劑:將lgF127模板劑加至20g無水乙醇中，攪拌至澄清，同時(shí)緩慢加入3.5mol/L NbC15溶液，攪拌25min，再以質(zhì)量比為1:0.2-0.4的比率加入上述制備的氧化石墨烯溶膠，再加入Pd占催化劑總質(zhì)量的7-9%的鈦化合物，超聲25-35min，將反應(yīng)溶液轉(zhuǎn)移到聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜中，60°C烘箱陳化3天，將樣品放在480°C氬氣環(huán)境下無氧煅燒4h以除去F127模板劑。
[0006]進(jìn)一步的，所述步驟(1)中石墨粉可為粒徑小于30 μ m的鱗片石墨粉、天然石墨粉或可膨脹石墨粉中的任意一種。
[0007]進(jìn)一步的，所述步驟(2)中離心分離的轉(zhuǎn)數(shù)控制在8000?9000轉(zhuǎn)/分鐘.進(jìn)一步的，所述步驟(4)中鈦化合物為二氯化鈦、四氯化鈦或二氧化鈦中的一種或多種。
[0008]進(jìn)一步的，所述步驟(4)中超聲條件是:超聲頻率220-240W，溫度45_55°C。
[0009]本發(fā)明的有益效果為:
本發(fā)明通過微波輻射輔助石墨插層氧化，大大縮短了氧化石墨的生產(chǎn)時(shí)間，且物料反應(yīng)充分，生產(chǎn)效率高，重現(xiàn)性好，可實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)；制氧化石墨烯溶膠中，加入了 Pd離子，又利用了 Ti02提高Pd催化活性，提高了催化劑的耐腐蝕能力，同時(shí)石墨烯本身良好的導(dǎo)電性彌補(bǔ)了半導(dǎo)體Ti02導(dǎo)電性差的問題，五氧化二鈮/石墨烯復(fù)合光催化劑中具有良好的孔道結(jié)構(gòu)和較大的比表面積，顯著提高了五氧化二鈮的光催化性能，提高了光催化劑對太陽能的利用率。
【具體實(shí)施方式】
[0010]實(shí)施例1
一種高活性介孔光催化劑的制作方法，其特征在于，具體包括如下步驟:
(1)石墨粉預(yù)處理:將lg粒徑小于30μ m的鱗片石墨粉、天然石墨粉或可膨脹石墨粉加入1000ml水中，在轉(zhuǎn)速為900r/min的磁力攪拌下,加入30ml濃度為93%的6g濃硫酸和4g高錳酸鉀，混合均勻；
(2)微波輔助制氧化石墨:將上述混合液用功率密度為5kW.m2的微波輻射65min，然后按lg石墨粉使用0.6ml質(zhì)量百分含量為30%的H202的用量加入到上述溶液中，用質(zhì)量百分含量為20%的鹽酸，保持8000轉(zhuǎn)/分鐘離心分離所得沉淀物；
(3)制活性氧化石墨烯溶膠:將上述所得氧化石墨溶入去離子水中，配成0.5mg/mL的溶液，加入0.8mL的0.03mol/L PdC12水溶液，控制超聲功率為300W，超聲剝離2h，離心除去不溶性雜質(zhì)，得到氧化石墨烯收率為95.5% ;
(4)制介孔光催化劑:將lgF127模板劑加至20g無水乙醇中，攪拌至澄清，同時(shí)緩慢加入3.5mol/L NbC15溶液，攪拌25min，再以質(zhì)量比為1:0.2的比率加入上述制備的氧化石墨烯溶膠，再加入Pd占催化劑總質(zhì)量的7%的二氯化鈦、四氯化鈦或二氧化鈦，超聲頻率220W，溫度45°C，超聲25min，將反應(yīng)溶液轉(zhuǎn)移到聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜中，60°C烘箱陳化3天，將樣品放在480°C氬氣環(huán)境下無氧煅燒4h以除去F127模板劑。
[0011]實(shí)施例2
一種高活性介孔光催化劑的制作方法，其特征在于，具體包括如下步驟:
(1)石墨粉預(yù)處理:將lg粒徑小于30 μ m的鱗片石墨粉、天然石墨粉或可膨脹石墨粉加入1000ml水中，在轉(zhuǎn)速為1200r/min的磁力攪拌下，加入40ml濃度為93%的7g濃硫酸和5g高錳酸鉀，混合均勻；
(2)微波輔助制氧化石墨:將上述混合液用功率密度為68kW.πι2的微波輻射45min，然后按lg石墨粉使用1.2ml質(zhì)量百分含量為30%的H202的用量加入到上述溶液中，用質(zhì)量百分含量為20%的鹽酸，保持9000轉(zhuǎn)/分鐘離心分離所得沉淀物；
(3)制活性氧化石墨烯溶膠:將上述所得氧化石墨溶入去離子水中，配成0.5mg/mL的溶液，加入lmL的0.03mol/L PdC12水溶液，控制超聲功率為400W，超聲剝離2.5h，離心除去不溶性雜質(zhì)，得到氧化石墨烯收率為95.8% ;
(4)制介孔光催化劑:將lgF127模板劑加至20g無水乙醇中，攪拌至澄清，同時(shí)緩慢加入3.5mol/L NbC15溶液，攪拌25min，再以質(zhì)量比為1:0.3的比率加入上述制備的氧化石墨烯溶膠，再加入Pd占催化劑總質(zhì)量的8%的二氯化鈦、四氯化鈦或二氧化鈦，超聲頻率230W，溫度50°C，超聲30min，將反應(yīng)溶液轉(zhuǎn)移到聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜中，60°C烘箱陳化3天，將樣品放在480°C氬氣環(huán)境下無氧煅燒4h以除去F127模板劑。
[0012]實(shí)施例3
一種高活性介孔光催化劑的制作方法，其特征在于，具體包括如下步驟:
(1)石墨粉預(yù)處理:將lg粒徑小于30μ m的鱗片石墨粉、天然石墨粉或可膨脹石墨粉加入1000ml水中，在轉(zhuǎn)速為1800r/min的磁力攪拌下，加入50ml濃度為93%的8g濃硫酸和6g高錳酸鉀，混合均勻；
(2)微波輔助制氧化石墨:將上述混合液用功率密度為8kW.m 2的微波輻射30min，然后按lg石墨粉使用1.8ml質(zhì)量百分含量為30%的H202的用量加入到上述溶液中，用質(zhì)量百分含量為20%的鹽酸，保持9000轉(zhuǎn)/分鐘離心分離所得沉淀物；
(3)制活性氧化石墨烯溶膠:將上述所得氧化石墨溶入去離子水中，配成0.5mg/mL的溶液，加入1.2mL的0.03mol/L PdC12水溶液，控制超聲功率為500W，超聲剝離2h，離心除去不溶性雜質(zhì)，得到氧化石墨烯收率為95.7% ;
(4)制介孔光催化劑:將lgF127模板劑加至20g無水乙醇中，攪拌至澄清，同時(shí)緩慢加入3.5mol/L NbC15溶液，攪拌25min，再以質(zhì)量比為1: 0.4的比率加入上述制備的氧化石墨烯溶膠，再加入Pd占催化劑總質(zhì)量的9%的二氯化鈦、四氯化鈦或二氧化鈦，超聲頻率240W，溫度55°C，超聲25min，將反應(yīng)溶液轉(zhuǎn)移到聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜中，60 V烘箱陳化3天，將樣品放在480°C氬氣環(huán)境下無氧煅燒4h以除去F127模板劑。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高活性介孔光催化劑的制作方法，其特征在于，具體包括如下步驟: (1)石墨粉預(yù)處理:將lg石墨粉加入1000ml水中，在轉(zhuǎn)速為900r/min-l~1800r/min的磁力攪拌下，加入30-50ml濃度為93%的6_8g濃硫酸和4_6g高猛酸鉀，混合均勻； (2)微波輔助制氧化石墨:將上述混合液用功率密度為5kW.πι 2~ 8kW.πι2的微波輻射30min ~65min，然后按lg石墨粉使用0.6-1.8ml質(zhì)量百分含量為30%的H202的用量加入到上述溶液中，用質(zhì)量百分含量為20%的鹽酸離心分離所得沉淀物； (3)制活性氧化石墨烯溶膠:將上述所得氧化石墨溶入去離子水中，配成0.5mg/mL的溶液，加入0.8-1.2mL的0.03mol/L PdC12水溶液，控制超聲功率為300W~500W，超聲剝離2-3h，離心除去不溶性雜質(zhì)； (4)制介孔光催化劑:將lgF127模板劑加至20g無水乙醇中，攪拌至澄清，同時(shí)緩慢加入3.5mol/L NbC15溶液，攪拌25min，再以質(zhì)量比為1:0.2-0.4的比率加入上述制備的氧化石墨烯溶膠，再加入Pd占催化劑總質(zhì)量的7-9%的鈦化合物，超聲25-35min，將反應(yīng)溶液轉(zhuǎn)移到聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜中，60°C烘箱陳化3天，將樣品放在480°C氬氣環(huán)境下無氧煅燒4h以除去F127模板劑。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種高活性介孔光催化劑的制作方法，其特征在于，所述步驟(1)中石墨粉可為粒徑小于30μ m的鱗片石墨粉、天然石墨粉或可膨脹石墨粉中的任意一種。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種高活性介孔光催化劑的制作方法，其特征在于，所述步驟(2)中離心分離的轉(zhuǎn)數(shù)控制在8000?9000轉(zhuǎn)/分鐘。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種高活性介孔光催化劑的制作方法，其特征在于，所述步驟(4 )中鈦化合物為二氯化鈦、四氯化鈦或二氧化鈦中的一種或多種。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種高活性介孔光催化劑的制作方法，其特征在于，所述步驟(4)中超聲條件是:超聲頻率220-240W，溫度45-55°C。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高活性介孔光催化劑的制作方法，其特征在于，具體包括如下步驟：（1）石墨粉預(yù)處理：向石墨粉溶液中加入濃硫酸和高錳酸鉀；（2）微波輔助制氧化石墨：將上述混合液進(jìn)行微波輻射，然后將H2O2的用量加入到上述溶液中，離心分離；（3）制活性氧化石墨烯溶膠：向氧化石墨溶液中加入PdCl2水溶液，超聲剝離；（4）制介孔光催化劑：將F127模板劑加至無水乙醇中，同時(shí)緩慢加入NbCl5溶液、氧化石墨烯溶膠和鈦化合物，超聲后，陳化，除去F127模板劑。本發(fā)明通過微波輻射輔助石墨插層氧化，生產(chǎn)效率高，重現(xiàn)性好，又利用了TiO2提高Pd催化活性，同時(shí)提高了導(dǎo)電性，制得的催化劑中具有良好的孔道結(jié)構(gòu)，提高了光催化劑對太陽能的利用率。
【IPC分類】B01J23/648
【公開號(hào)】CN105457633
【申請?zhí)枴緾N201410518772
【發(fā)明人】劉澤華
【申請人】青島鑫潤土苗木專業(yè)合作社
【公開日】2016年4月6日
【申請日】2014年10月5日