一種非金屬三維宏觀結構石墨烯-有機物氣溶膠光催化劑的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于光催化劑領域，具體涉及一種非金屬三維宏觀結構石墨烯-有機物氣 溶膠光催化劑的制備方法及其在可見光下催化加氫芳香族硝基化合物至相應的芳香族胺 類化合物和可見光催化去除污染物Cr( VI)的應用。
【背景技術】
[0002] 環(huán)境污染和能源短缺是當前人類面臨的重大挑戰(zhàn)，亦是實現(xiàn)人類社會可持續(xù)發(fā)展 必須優(yōu)先考慮的重大課題。半導體光催化技術作為一項利用太陽能來直接驅動一系列重要 化學反應的綠色技術，由于其操作簡單、反應條件溫和(常溫常壓）、能耗低、以及適用范圍 廣等特點，被認為是從根本上解決全球能源和環(huán)境問題的理想途徑之一。然而，傳統(tǒng)半導體 光催化劑多為金屬氧化物或金屬硫化物，常常包含稀有昂貴的（如Ti，Nb，Ta，In)、甚至 有毒的（如Cd)金屬元素，導致催化劑的制備價格昂貴、易造成環(huán)境污染等。此外，傳統(tǒng)半導 體光催化劑的量子效率和太陽能利用率仍然較低，遠不能滿足實際應用的需求。
[0003] 有機染料，作為一類重要的具有優(yōu)良光吸收能力的非金屬材料，近年來被廣泛應 用于太陽能染料敏化電池領域，其具有原材料豐富、成本低等特點，在大面積工業(yè)化生產(chǎn)應 用中具有較大的優(yōu)勢。在光催化領域，利用有機染料作為光催化劑的研究已有報道，但相比 于傳統(tǒng)半導體光催化劑在光催化領域的廣泛研究和應用，非金屬有機染料光催化劑的研究 仍處于初步階段。在目前報道的多數(shù)文獻中，有機物染料多溶解于反應溶劑，造成非金屬有 機染料光催化劑與反應物和產(chǎn)物的分離困難，也不利于催化劑的回收利用。因此，積極開發(fā) 新型有效、成本低廉、環(huán)境友好且易于分離回收的非金屬光催化劑對促進光催化科學技術 在太陽能催化轉換及能源環(huán)境方面的實際應用具有重要意義。

【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種非金屬三維宏觀結構石墨烯-有機物(RG0-EY)氣溶膠 光催化劑的制備方法和應用，制備的RG0-EY具有顯著的可見光響應特性和良好的光催化 選擇性氫化芳香族硝基化合物至相應的芳香族胺基化合物活性，并且具有可見光催化還原 去除污染物Cr(VI)的性能。該催化劑的制備方法簡單，原材料來源豐富，成本低廉，對環(huán)境 友好，并且易于分離回收。
[0005] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案： 一種非金屬三維宏觀結構石墨烯-有機物(RG0-EY)氣溶膠光催化劑不包含金屬元素， 具有三維宏觀氣溶膠結構。
[0006] 制備如上所述的RG0-EY氣溶膠光催化劑的方法包括以下步驟： (1) 將氧化石墨烯(G0)、水(H2O)、有機物曙紅(EY，C2〇H6Br4Na2〇)超聲混合均勻，120~200 °(：水熱處理6~48 h，得到親水性的三維石墨烯-有機物(RG0-EY)固體； (2) 將所得的固體冷凍干燥處理，得到非金屬三維宏觀結構疏水的石墨烯-有機物 (RG0-EY)氣溶膠光催化劑。
[0007] 所述的氧化石墨烯、水和有機曙紅的質量比為：60 : 60000 : 1~4 : 4000 : 1;冷凍干燥時間為:12~72 h 所述的石墨烯-有機物氣溶膠光催化劑用于水相中可見光下選擇性氫化芳香族硝基化 合物至相應的芳香族胺基化合物。
[0008] 所述的石墨烯-有機物氣溶膠光催化劑用于可見光光催化還原去除污染物六價鉻 Cr(VI)〇
[0009] 所述的芳香族硝基化合物為下列結構： 中的任意一種。
[0010]光催化選擇性氫化硝基芳香化合物至相應的胺基芳香化合物具體步驟如下： (1) 取60 mL 10 ppm的芳香族硝基化合物溶液、25 mg的RG0-EY光催化劑和80 yL空穴 捕獲劑三乙醇胺于反應瓶中，攪拌均勻，并通入氮氣(60 mL/min)，在黑暗狀態(tài)下吸附2 h， 使芳香族硝基化合物在光催化劑表面達到吸附平衡； (2) 在氮氣保護下，對上述體系進行可見光光照(λ > 420 nm)，每隔一定時間后取適量 液體，進行紫外-可見吸收光譜分析和液相色譜分析； 光催化還原去除污染物Cr (VI)具體步驟如下： (1) 取60 mL 10 ppm的Cr(VI)溶液、25 mg的RG0-EY光催化劑和80 yL空穴捕獲劑三乙 醇胺于反應瓶中，攪拌均勾，并通入氮氣(60 mL/min)，在黑暗狀態(tài)下吸附2 h，使Cr(VI)化 合物在光催化劑表面達到吸附平衡； (2) 在氮氣保護下，對上述體系進行可見光光照(λ > 420 nm)，每隔一定時間后取適量 液體，進行紫外-可見吸收光譜分析。
[0011] 本發(fā)明的有益效果在于： (1)本發(fā)明首次制備得到了具有非金屬特性、三維宏觀結構的石墨烯-有機物(RG0-EY) 氣溶膠光催化劑，所制得的復合光催化材料具有顯著的可見光響應特性； (2)所制備的三維宏觀石墨烯-有機物(RG0-EY)氣溶膠光催化劑表現(xiàn)出顯著優(yōu)于傳統(tǒng) 粉末狀材料(RGO-EY (Powder))的導電性能，在光催化過程更有利于促進光生電子-空穴對 的快速分離，提高電子迀移能力、從而使復合光催化材料具有更高的光催化性能； (3) 本發(fā)明首次將RG0-EY復合型光催化劑應用于可見光下光催化選擇性（選擇性〉 99%)氫化芳香族硝基化合物至相應的芳香族胺基化合物和光催化還原去除污染物Cr( VI); (4) RG0-EY光催化劑的生產(chǎn)工藝簡單、制作成本低、并且環(huán)境友好、易于分離回收。
【附圖說明】
[0012] 圖1是非金屬RG0-EY氣溶膠光催化劑的宏觀結構及SEM圖； 圖2是非金屬RG0-EY氣溶膠光催化劑的XPS圖； 圖3是三維宏觀結構非金屬RG0-EY氣溶膠光催化劑與粉末狀RGO-EY (Powder)催化劑 的壓力-電阻率和尼奎斯特阻抗測試圖； 圖4是非金屬RGO-EY氣溶膠、RGO-EY (Powder)光催化劑可見光照射下氫化對硝基苯胺 (A)、還原去除Cr(VI) (B)以及氫化對硝基苯酚(C)、鄰硝基苯酚（D)、鄰硝基苯胺（E)、對 甲氧基硝基苯(F)等不同取代基芳香族硝基化合物的活性圖。
【具體實施方式】
[0013] 本發(fā)明用下列實施例來進一步說明本發(fā)明，但本發(fā)明的保護范圍并不限于下列實 施例。
[0014] 實施例1 將30 mg G0粉末、0.5 mg EY粉末以及30 g去離子水超聲混合均勻，接著120 °C水熱處 理48 h，得到親水性的三維石墨烯-有機物(RG0-EY)固體，將所得的固體冷凍干燥處理12 h，得到非金屬三維宏觀結構疏水的石墨烯-有機物(RG0-EY)氣溶膠光催化劑。將宏觀柱狀 25 mg的RG0-EY催化劑、60 mL 10 ppm的對硝基苯胺溶液以及80 yL三乙醇胺混合均勻，以 6