CN111905808A - 一种基于石墨烯的复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种基于石墨烯的复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于石墨烯的光催化材料，先以氯化铋和液态聚丙烯腈为原料制成铋‑石墨烯复合体；然后将铋‑石墨烯复合体与碘氧化铋、氯铂酸混合反应得到预制体；最后将预制体配制成悬浊液，滴加α‑萘胺单体，经聚合反应，即得所述的一种基于石墨烯的自清洁光催化材料。其中，再配制成悬浊液前，先将预制体利用氧气与氮气的混合气体进行热处理，使得预制体表面形成金属氮氧化物。该光催化材料对空气和水溶液中的污染物光催化降解效果均非常好。

Description

一种基于石墨烯的复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及光催化材料技术领域，特别是涉及一种基于石墨烯的光催化材料及其制备方法。
背景技术
随着经济的快速发展和对传统能源的持续消耗，全球化的环境污染和能源危机越来越严重，光催化技术作为一项有望于利用太阳能治理受污环境和制备化石燃料替代能源的绿色途径，得到了越来越多的关注。光催化技术是前沿科学的研究领域之一，是一种在光的照射下可以促进化学反应，而自身不发生变化的材料。目前光催化剂被应用于环境修复、清洁能源生产、碳的修饰和化学合成等领域，以可持续发展的方式解决能源和环境污染问题。与传统污染处理方法相比，光催化降解污染物具有能耗低、操作简便、反应条件温和及二次污染较少等优点。
专利申请CN110026171A公开了一种高效石墨烯基光催化材料的制备方法，先将二维石墨烯加入蒸馏水中，然后加入抗坏血酸，制成石墨烯悬浊液；再将丙烯酸加入石墨烯悬浊液中，低温超声反应，水浴反应和减压蒸馏反应，得到带涂层的三维石墨烯；接着将钛酸正丁酯加入无水乙醇中，加入乙基纤维素搅拌至完全溶解，形成钛液；然后将带涂层的三维石墨烯放入钛液中低温超声反应，烘干获得带钛膜的三维石墨烯；最后将带钛膜的三维石墨烯放入红外烘干箱内恒温烘干，氮气吹扫后恒温烧结，即得一种石墨烯基光催化材料。该催化剂对空气净化的光催化效果尚可，但是对水溶液的降解效果却并不理想。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种基于石墨烯的光催化材料及其制备方法，对空气和水溶液中的污染物光催化降解效果均非常好。
为实现上述目的，本发明是通过如下方案实现的：
一种基于石墨烯的光催化材料的制备方法，具体步骤如下：
(1)先以氯化铋和液态聚丙烯腈为原料制成铋-石墨烯复合体；
(2)然后将铋-石墨烯复合体与碘氧化铋、氯铂酸混合反应得到预制体；
(3)最后将预制体配制成悬浊液，滴加α-萘胺单体，经聚合反应，即得所述的一种基于石墨烯的光催化材料；
其中，所述碘氧化铋是以碘化钾溶液与铋盐为原料，经水热反应得到；预制体先进行预处理再配制成悬浊液，具体方法是：将预制体利用氧气与氮气的混合气体进行热处理，使得预制体表面形成金属氮氧化物。
优选的，碘氧化铋的制备方法如下：先将先将1份氯化铋溶于5～8份质量浓度36～38％盐酸溶液中，接着加入6～9份水，搅拌混匀，然后滴加1.8～2.6份质量浓度20～30％碘化钾水溶液，搅拌均匀，转移至水热反应釜内，180～200℃水热反应10～12小时，自然冷却至室温，洗涤，干燥，即得碘氧化铋。
进一步优选的，洗涤的工艺条件为：用水洗涤2～3次；干燥的工艺条件为：80～90℃干燥8～10小时。
优选的，预制体的预处理方法如下：将预制体置于管式炉内，同时通入氧气和氮气，它们的流量分别为60mL/分钟、180mL/分钟，380～420℃反应3～5小时即可。
优选的，以重量份计，步骤(1)的具体方法如下：先将1份氯化铋溶于5～8份质量浓度36～38％盐酸溶液中，然后加入8～10份质量浓度30～40％乙醇水溶液，搅拌混匀，接着加入热处理的10～13份液态聚丙烯腈，搅拌加热至250～270℃，保温搅拌5～7小时，最后在惰性气氛下，1000～1100℃煅烧6～9小时，即得铋-石墨烯复合体。
进一步优选的，所述液态聚丙烯腈为丙烯腈与甲基丙烯酸甲酯的共聚物，单体配比为1：1，液态聚丙烯腈的重均分子量为1～1.2万。
进一步优选的，所述热处理的液态聚丙烯腈是通过以下方法制备得到的：将液态聚丙烯腈在220～230℃条件下搅拌12～14小时，使之部分环化，然后加热至270～280℃，搅拌5～6小时，使之热氧化。
进一步优选的，惰性气氛为氦气或氩气，气体流量为280～300mL/分钟。
优选的，以重量份计，步骤(2)的具体方法如下：先将1份铋-石墨烯复合体与0.3～0.4份碘氧化铋混合研磨，得到混合粉末，然后将混合粉末加入5～7份质量浓度30～40％氯铂酸水溶液中，超声波分散均匀，然后在紫外光照射下搅拌反应100～120分钟，即得预制体。
进一步优选的，紫外光的光强为1.8～2mW/cm2。
优选的，以重量份计，步骤(3)的具体方法如下：先将1份预制体加入5～8份质量浓度20～30％盐酸溶液中，超声波分散均匀制成悬浊液；然后向悬浊液中滴加1.8～2.5份α-萘胺单体，超声波振荡均匀，置于冰水浴中，边搅拌边缓慢滴加过硫酸铵的盐酸溶液，0～5℃反应10～12小时，抽滤，洗涤，干燥，即得所述的一种基于石墨烯的光催化材料；其中，所述过硫酸铵的盐酸溶液是将0.8～1份过硫酸铵溶解于5～8份的质量浓度20～30％盐酸溶液中制备得到。
利用上述制备方法得到的一种基于石墨烯的光催化材料。
本发明的有益效果是：
本发明先以氯化铋和液态聚丙烯腈为原料制成铋-石墨烯复合体；然后将铋-石墨烯复合体与碘氧化铋、氯铂酸混合反应得到预制体；最后将预制体配制成悬浊液，滴加α-萘胺单体，经聚合反应，即得所述的一种基于石墨烯的光催化材料。其中，再配制成悬浊液前，先将预制体利用氧气与氮气的混合气体进行热处理，使得预制体表面形成金属氮氧化物。该光催化材料对空气和水溶液中的污染物光催化降解效果均非常好。
光催化的实质是在某些波长光子能量驱动下，使得光催化剂体内空穴-电子对的分离，然后利用空穴-电子对的强氧化还原活性引发的一系列氧化还原反应过程。提高光催化作用的关键之一在于抑制电子与空穴的复合，石墨烯具有优异的导电性能，可以将激发电子快速迁移到导带，抑制其与空穴的复合，提高光催化性能；提高光催化作用的关键之二在于提高对于可见光的响应，以提高太阳光利用率，而材料的禁带宽度决定光反应范围，将石墨烯进行改性处理可以减小禁带宽度，提高对于可见光的响应。
本发明的铋-石墨烯复合体，是在石墨烯内包覆纳米铋粒子，实现对石墨烯的初步改性，铋的电子结构独特，价带由Bi-6s和O-2p轨道杂化而成，这种独特的结构使其在可见光范围内有较陡峭的吸收边，阴阳离子间的反键作用更有利于空穴的形成与流动，使得光催化反应更容易进行。
申请人将铋-石墨烯复合体与碘氧化铋、氯铂酸混合反应得到预制体，碘氧化铋具有特殊的层状结构和合适的禁带宽度，氯铂酸经还原负载于铋-石墨烯复合体表面，铋-石墨烯复合体内外的铋倾向于金属键的形成，石墨烯上的孤对电子也会***金属的空轨道形成配位键，如此一来，进一步促进了电子流动，抑制电子与空穴的复合，另一方面，通过铋、碘、铂等元素的掺杂改性进一步减小禁带宽度，提高对可见光的响应，大大提高了光催化作用。
而且，预制体利用氧气与氮气的混合气体进行热处理，使得预制体表面形成金属氮氧化物，相当于在改性粒子表面形成异质化微粒，提高比表面积，进一步提高了光催化作用。
最后将预制体配制成悬浊液，滴加α-萘胺单体，经聚合反应，在预制体表面形成聚α萘胺，形成表面修饰，使得电子分散性加强，进一步促进光催化过程中的光生电子与空穴快速分离，提高光催化活性。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种基于石墨烯的光催化材料的制备方法，具体步骤如下：
(1)先以氯化铋和液态聚丙烯腈为原料制成铋-石墨烯复合体；
(2)然后将铋-石墨烯复合体与碘氧化铋、氯铂酸混合反应得到预制体；
(3)最后将预制体配制成悬浊液，滴加α-萘胺单体，经聚合反应，即得所述的一种基于石墨烯的光催化材料；
其中，所述碘氧化铋是以碘化钾溶液与铋盐为原料，经水热反应得到；预制体先进行预处理再配制成悬浊液，具体方法是：将预制体利用氧气与氮气的混合气体进行热处理，使得预制体表面形成金属氮氧化物。
碘氧化铋的制备方法如下：先将先将1kg氯化铋溶于5kg质量浓度38％盐酸溶液中，接着加入6kg水，搅拌混匀，然后滴加2.6kg质量浓度20％碘化钾水溶液，搅拌均匀，转移至水热反应釜内，200℃水热反应10小时，自然冷却至室温，洗涤，干燥，即得碘氧化铋。
洗涤的工艺条件为：用水洗涤3次；干燥的工艺条件为：80℃干燥10小时。
预制体的预处理方法如下：将预制体置于管式炉内，同时通入氧气和氮气，它们的流量分别为60mL/分钟、180mL/分钟，380℃反应5小时即可。
步骤(1)的具体方法如下：先将1kg氯化铋溶于5kg质量浓度38％盐酸溶液中，然后加入8kg质量浓度40％乙醇水溶液，搅拌混匀，接着加入热处理的10kg液态聚丙烯腈，搅拌加热至270℃，保温搅拌5小时，最后在惰性气氛下，1100℃煅烧6小时，即得铋-石墨烯复合体。
所述液态聚丙烯腈为丙烯腈与甲基丙烯酸甲酯的共聚物，单体配比为1：1，液态聚丙烯腈的重均分子量为1.2万。
所述热处理的液态聚丙烯腈是通过以下方法制备得到的：将液态聚丙烯腈在220℃条件下搅拌14小时，使之部分环化，然后加热至270℃，搅拌6小时，使之热氧化。
惰性气氛为氦气，气体流量为280mL/分钟。
步骤(2)的具体方法如下：先将1kg铋-石墨烯复合体与0.4kg碘氧化铋混合研磨，得到混合粉末，然后将混合粉末加入5kg质量浓度40％氯铂酸水溶液中，超声波分散均匀，然后在紫外光照射下搅拌反应100分钟，即得预制体。
紫外光的光强为2mW/cm2。
步骤(3)的具体方法如下：先将1kg预制体加入5kg质量浓度30％盐酸溶液中，超声波分散均匀制成悬浊液；然后向悬浊液中滴加1.8kgα-萘胺单体，超声波振荡均匀，置于冰水浴中，边搅拌边缓慢滴加过硫酸铵的盐酸溶液，5℃反应10小时，抽滤，洗涤，干燥，即得所述的一种基于石墨烯的光催化材料；其中，所述过硫酸铵的盐酸溶液是将1kg过硫酸铵溶解于5kg的质量浓度30％盐酸溶液中制备得到。
实施例2
一种基于石墨烯的光催化材料的制备方法，具体步骤如下：
(1)先以氯化铋和液态聚丙烯腈为原料制成铋-石墨烯复合体；
(2)然后将铋-石墨烯复合体与碘氧化铋、氯铂酸混合反应得到预制体；
(3)最后将预制体配制成悬浊液，滴加α-萘胺单体，经聚合反应，即得所述的一种基于石墨烯的光催化材料；
其中，所述碘氧化铋是以碘化钾溶液与铋盐为原料，经水热反应得到；预制体先进行预处理再配制成悬浊液，具体方法是：将预制体利用氧气与氮气的混合气体进行热处理，使得预制体表面形成金属氮氧化物。
碘氧化铋的制备方法如下：先将先将1kg氯化铋溶于8kg质量浓度36％盐酸溶液中，接着加入9kg水，搅拌混匀，然后滴加1.8kg质量浓度30％碘化钾水溶液，搅拌均匀，转移至水热反应釜内，180℃水热反应12小时，自然冷却至室温，洗涤，干燥，即得碘氧化铋。
洗涤的工艺条件为：用水洗涤2次；干燥的工艺条件为：90℃干燥8小时。
预制体的预处理方法如下：将预制体置于管式炉内，同时通入氧气和氮气，它们的流量分别为60mL/分钟、180mL/分钟，420℃反应3小时即可。
步骤(1)的具体方法如下：先将1kg氯化铋溶于8kg质量浓度36％盐酸溶液中，然后加入10kg质量浓度30％乙醇水溶液，搅拌混匀，接着加入热处理的13kg液态聚丙烯腈，搅拌加热至250℃，保温搅拌7小时，最后在惰性气氛下，1000℃煅烧9小时，即得铋-石墨烯复合体。
所述液态聚丙烯腈为丙烯腈与甲基丙烯酸甲酯的共聚物，单体配比为1：1，液态聚丙烯腈的重均分子量为1万。
所述热处理的液态聚丙烯腈是通过以下方法制备得到的：将液态聚丙烯腈在230℃条件下搅拌12小时，使之部分环化，然后加热至280℃，搅拌5小时，使之热氧化。
惰性气氛为氩气，气体流量为300mL/分钟。
步骤(2)的具体方法如下：先将1kg铋-石墨烯复合体与0.3kg碘氧化铋混合研磨，得到混合粉末，然后将混合粉末加入7kg质量浓度30％氯铂酸水溶液中，超声波分散均匀，然后在紫外光照射下搅拌反应120分钟，即得预制体。
紫外光的光强为1.8mW/cm2。
步骤(3)的具体方法如下：先将1kg预制体加入8kg质量浓度20％盐酸溶液中，超声波分散均匀制成悬浊液；然后向悬浊液中滴加2.5kgα-萘胺单体，超声波振荡均匀，置于冰水浴中，边搅拌边缓慢滴加过硫酸铵的盐酸溶液，0℃反应12小时，抽滤，洗涤，干燥，即得所述的一种基于石墨烯的光催化材料；其中，所述过硫酸铵的盐酸溶液是将0.8kg过硫酸铵溶解于8kg的质量浓度20％盐酸溶液中制备得到。
实施例3
一种基于石墨烯的光催化材料的制备方法，具体步骤如下：
(1)先以氯化铋和液态聚丙烯腈为原料制成铋-石墨烯复合体；
(2)然后将铋-石墨烯复合体与碘氧化铋、氯铂酸混合反应得到预制体；
(3)最后将预制体配制成悬浊液，滴加α-萘胺单体，经聚合反应，即得所述的一种基于石墨烯的光催化材料；
其中，所述碘氧化铋是以碘化钾溶液与铋盐为原料，经水热反应得到；预制体先进行预处理再配制成悬浊液，具体方法是：将预制体利用氧气与氮气的混合气体进行热处理，使得预制体表面形成金属氮氧化物。
碘氧化铋的制备方法如下：先将先将1kg氯化铋溶于7kg质量浓度37％盐酸溶液中，接着加入8kg水，搅拌混匀，然后滴加2kg质量浓度25％碘化钾水溶液，搅拌均匀，转移至水热反应釜内，190℃水热反应11小时，自然冷却至室温，洗涤，干燥，即得碘氧化铋。
洗涤的工艺条件为：用水洗涤3次；干燥的工艺条件为：85℃干燥9小时。
预制体的预处理方法如下：将预制体置于管式炉内，同时通入氧气和氮气，它们的流量分别为60mL/分钟、180mL/分钟，400℃反应4小时即可。
步骤(1)的具体方法如下：先将1kg氯化铋溶于7kg质量浓度37％盐酸溶液中，然后加入9kg质量浓度35％乙醇水溶液，搅拌混匀，接着加入热处理的12kg液态聚丙烯腈，搅拌加热至260℃，保温搅拌6小时，最后在惰性气氛下，1050℃煅烧8小时，即得铋-石墨烯复合体。
所述液态聚丙烯腈为丙烯腈与甲基丙烯酸甲酯的共聚物，单体配比为1：1，液态聚丙烯腈的重均分子量为1.1万。
所述热处理的液态聚丙烯腈是通过以下方法制备得到的：将液态聚丙烯腈在225℃条件下搅拌13小时，使之部分环化，然后加热至275℃，搅拌5.5时，使之热氧化。
惰性气氛为氦气，气体流量为290mL/分钟。
步骤(2)的具体方法如下：先将1kg铋-石墨烯复合体与0.35kg碘氧化铋混合研磨，得到混合粉末，然后将混合粉末加入6kg质量浓度35％氯铂酸水溶液中，超声波分散均匀，然后在紫外光照射下搅拌反应110分钟，即得预制体。
紫外光的光强为1.9mW/cm2。
步骤(3)的具体方法如下：先将1kg预制体加入6kg质量浓度25％盐酸溶液中，超声波分散均匀制成悬浊液；然后向悬浊液中滴加2.2kgα-萘胺单体，超声波振荡均匀，置于冰水浴中，边搅拌边缓慢滴加过硫酸铵的盐酸溶液，3℃反应11小时，抽滤，洗涤，干燥，即得所述的一种基于石墨烯的光催化材料；其中，所述过硫酸铵的盐酸溶液是将0.9kg过硫酸铵溶解于7kg的质量浓度25％盐酸溶液中制备得到。
对比例1
一种基于石墨烯的光催化材料的制备方法，具体步骤如下：
(1)先将石墨烯与碘氧化铋、氯铂酸混合反应得到预制体；
(2)最后将预制体配制成悬浊液，滴加α-萘胺单体，经聚合反应，即得所述的一种基于石墨烯的光催化材料；
其中，所述碘氧化铋是以碘化钾溶液与铋盐为原料，经水热反应得到；预制体先进行预处理再配制成悬浊液，具体方法是：将预制体利用氧气与氮气的混合气体进行热处理，使得预制体表面形成金属氮氧化物。
碘氧化铋的制备方法如下：先将先将1kg氯化铋溶于5kg质量浓度38％盐酸溶液中，接着加入6kg水，搅拌混匀，然后滴加2.6kg质量浓度20％碘化钾水溶液，搅拌均匀，转移至水热反应釜内，200℃水热反应10小时，自然冷却至室温，洗涤，干燥，即得碘氧化铋。
洗涤的工艺条件为：用水洗涤3次；干燥的工艺条件为：80℃干燥10小时。
预制体的预处理方法如下：将预制体置于管式炉内，同时通入氧气和氮气，它们的流量分别为60mL/分钟、180mL/分钟，380℃反应5小时即可。
步骤(1)的具体方法如下：先将1kg石墨烯与0.4kg碘氧化铋混合研磨，得到混合粉末，然后将混合粉末加入5kg质量浓度40％氯铂酸水溶液中，超声波分散均匀，然后在紫外光照射下搅拌反应100分钟，即得预制体。
紫外光的光强为2mW/cm2。
步骤(2)的具体方法如下：先将1kg预制体加入5kg质量浓度30％盐酸溶液中，超声波分散均匀制成悬浊液；然后向悬浊液中滴加1.8kgα-萘胺单体，超声波振荡均匀，置于冰水浴中，边搅拌边缓慢滴加过硫酸铵的盐酸溶液，5℃反应10小时，抽滤，洗涤，干燥，即得所述的一种基于石墨烯的光催化材料；其中，所述过硫酸铵的盐酸溶液是将1kg过硫酸铵溶解于5kg的质量浓度30％盐酸溶液中制备得到。
对比例2
一种基于石墨烯的光催化材料的制备方法，具体步骤如下：
(1)先以氯化铋和液态聚丙烯腈为原料制成铋-石墨烯复合体；
(2)然后将铋-石墨烯复合体与氯铂酸混合反应得到预制体；
(3)最后将预制体配制成悬浊液，滴加α-萘胺单体，经聚合反应，即得所述的一种基于石墨烯的光催化材料；
其中，预制体先进行预处理再配制成悬浊液，具体方法是：将预制体利用氧气与氮气的混合气体进行热处理，使得预制体表面形成金属氮氧化物。
洗涤的工艺条件为：用水洗涤3次；干燥的工艺条件为：80℃干燥10小时。
预制体的预处理方法如下：将预制体置于管式炉内，同时通入氧气和氮气，它们的流量分别为60mL/分钟、180mL/分钟，380℃反应5小时即可。
步骤(1)的具体方法如下：先将1kg氯化铋溶于5kg质量浓度38％盐酸溶液中，然后加入8kg质量浓度40％乙醇水溶液，搅拌混匀，接着加入热处理的10kg液态聚丙烯腈，搅拌加热至270℃，保温搅拌5小时，最后在惰性气氛下，1100℃煅烧6小时，即得铋-石墨烯复合体。
所述液态聚丙烯腈为丙烯腈与甲基丙烯酸甲酯的共聚物，单体配比为1：1，液态聚丙烯腈的重均分子量为1.2万。
所述热处理的液态聚丙烯腈是通过以下方法制备得到的：将液态聚丙烯腈在220℃条件下搅拌14小时，使之部分环化，然后加热至270℃，搅拌6小时，使之热氧化。
惰性气氛为氦气，气体流量为280mL/分钟。
步骤(2)的具体方法如下：先将1kg铋-石墨烯复合体加入5kg质量浓度40％氯铂酸水溶液中，超声波分散均匀，然后在紫外光照射下搅拌反应100分钟，即得预制体。
紫外光的光强为2mW/cm2。
步骤(3)的具体方法如下：先将1kg预制体加入5kg质量浓度30％盐酸溶液中，超声波分散均匀制成悬浊液；然后向悬浊液中滴加1.8kgα-萘胺单体，超声波振荡均匀，置于冰水浴中，边搅拌边缓慢滴加过硫酸铵的盐酸溶液，5℃反应10小时，抽滤，洗涤，干燥，即得所述的一种基于石墨烯的光催化材料；其中，所述过硫酸铵的盐酸溶液是将1kg过硫酸铵溶解于5kg的质量浓度30％盐酸溶液中制备得到。
对比例3
一种基于石墨烯的光催化材料的制备方法，具体步骤如下：
(1)先以氯化铋和液态聚丙烯腈为原料制成铋-石墨烯复合体；
(2)然后将铋-石墨烯复合体与碘氧化铋、氯铂酸混合反应得到预制体；
(3)最后将预制体配制成悬浊液，滴加α-萘胺单体，经聚合反应，即得所述的一种基于石墨烯的光催化材料；
其中，所述碘氧化铋是以碘化钾溶液与铋盐为原料，经水热反应得到。
碘氧化铋的制备方法如下：先将先将1kg氯化铋溶于5kg质量浓度38％盐酸溶液中，接着加入6kg水，搅拌混匀，然后滴加2.6kg质量浓度20％碘化钾水溶液，搅拌均匀，转移至水热反应釜内，200℃水热反应10小时，自然冷却至室温，洗涤，干燥，即得碘氧化铋。
洗涤的工艺条件为：用水洗涤3次；干燥的工艺条件为：80℃干燥10小时。
步骤(1)的具体方法如下：先将1kg氯化铋溶于5kg质量浓度38％盐酸溶液中，然后加入8kg质量浓度40％乙醇水溶液，搅拌混匀，接着加入热处理的10kg液态聚丙烯腈，搅拌加热至270℃，保温搅拌5小时，最后在惰性气氛下，1100℃煅烧6小时，即得铋-石墨烯复合体。
所述液态聚丙烯腈为丙烯腈与甲基丙烯酸甲酯的共聚物，单体配比为1：1，液态聚丙烯腈的重均分子量为1.2万。
所述热处理的液态聚丙烯腈是通过以下方法制备得到的：将液态聚丙烯腈在220℃条件下搅拌14小时，使之部分环化，然后加热至270℃，搅拌6小时，使之热氧化。
惰性气氛为氦气，气体流量为280mL/分钟。
步骤(2)的具体方法如下：先将1kg铋-石墨烯复合体与0.4kg碘氧化铋混合研磨，得到混合粉末，然后将混合粉末加入5kg质量浓度40％氯铂酸水溶液中，超声波分散均匀，然后在紫外光照射下搅拌反应100分钟，即得预制体。
紫外光的光强为2mW/cm2。
步骤(3)的具体方法如下：先将1kg预制体加入5kg质量浓度30％盐酸溶液中，超声波分散均匀制成悬浊液；然后向悬浊液中滴加1.8kgα-萘胺单体，超声波振荡均匀，置于冰水浴中，边搅拌边缓慢滴加过硫酸铵的盐酸溶液，5℃反应10小时，抽滤，洗涤，干燥，即得所述的一种基于石墨烯的光催化材料；其中，所述过硫酸铵的盐酸溶液是将1kg过硫酸铵溶解于5kg的质量浓度30％盐酸溶液中制备得到。
试验例
对实施例1～3和对比例1～3所得光催化材料进行性能检测，包括对空气和水溶液中的污染物的光催化降解效果，分别参考GB/T23761-2009和GB/T23762-2009，结果见表1。
表1.性能测试结果
Figure BDA0002586790130000141
由表1可知，实施例1～3所得催化材料对空气和水溶液中的污染物光催化降解效果都非常好。
对比例1用石墨烯替换铋-石墨烯复合体，对比例2在制备预制体时略去碘氧化铋，对比例3略去预制体的预处理，所得光催化剂对空气和水溶液中的污染物光催化降解效果均明显变差，说明铋等的改性协同改善光催化降解效果，预制体表面异质化微粒的形成有利于改善光催化降解效果。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.一种基于石墨烯的光催化材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
（1）先以氯化铋和液态聚丙烯腈为原料制成铋-石墨烯复合体；
（2）然后将铋-石墨烯复合体与碘氧化铋、氯铂酸混合反应得到预制体；
（3）最后将预制体配制成悬浊液，滴加α-萘胺单体，经聚合反应，即得所述的一种基于石墨烯的光催化材料；
其中，所述碘氧化铋是以碘化钾溶液与铋盐为原料，经水热反应得到；预制体先进行预处理再配制成悬浊液，具体方法是：将预制体利用氧气与氮气的混合气体进行热处理，使得预制体表面形成金属氮氧化物。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，碘氧化铋的制备方法如下：先将先将1份氯化铋溶于5～8份质量浓度36～38%盐酸溶液中，接着加入 6～9份水，搅拌混匀，然后滴加1.8～2.6份质量浓度20～30%碘化钾水溶液，搅拌均匀，转移至水热反应釜内，180～200℃水热反应10～12小时，自然冷却至室温，洗涤，干燥，即得碘氧化铋。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，预制体的预处理方法如下：将预制体置于管式炉内，同时通入氧气和氮气，它们的流量分别为60mL/分钟、180mL/分钟，380～420℃反应3～5小时即可。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，以重量份计，步骤（1）的具体方法如下：先将1份氯化铋溶于5～8份质量浓度36～38%盐酸溶液中，然后加入8～10份质量浓度30～40%乙醇水溶液，搅拌混匀，接着加入热处理的10～13份液态聚丙烯腈，搅拌加热至250～270℃，保温搅拌5～7小时，最后在惰性气氛下，1000～1100℃煅烧6～9小时，即得铋-石墨烯复合体。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述热处理的液态聚丙烯腈是通过以下方法制备得到的：将液态聚丙烯腈在220～230℃条件下搅拌12～14小时，使之部分环化，然后加热至270～280℃，搅拌5～6小时，使之热氧化。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，以重量份计，步骤（2）的具体方法如下：先将1份铋-石墨烯复合体与0.3～0.4份碘氧化铋混合研磨，得到混合粉末，然后将混合粉末加入5～7份质量浓度30～40%氯铂酸水溶液中，超声波分散均匀，然后在紫外光照射下搅拌反应100～120分钟，即得预制体。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，紫外光的光强为1.8～2mW/cm2。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，以重量份计，步骤（3）的具体方法如下：先将1份预制体加入5～8份质量浓度20～30%盐酸溶液中，超声波分散均匀制成悬浊液；然后向悬浊液中滴加1.8～2.5份α-萘胺单体，超声波振荡均匀，置于冰水浴中，边搅拌边缓慢滴加过硫酸铵的盐酸溶液，0～5℃反应10～12小时，抽滤，洗涤，干燥，即得所述的一种基于石墨烯的光催化材料；其中，所述过硫酸铵的盐酸溶液是将0.8～1份过硫酸铵溶解于5～8份的质量浓度20～30%盐酸溶液中制备得到。
9.一种利用权利要求1～8所述制备方法得到的基于石墨烯的光催化材料。
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