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一种石墨烯/CdS磁性复合微球光催化剂的制备方法

阅读:1006发布:2021-01-09

专利汇可以提供一种石墨烯/CdS磁性复合微球光催化剂的制备方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种 氧 化 石墨 烯/CdS 磁性 复合微球光催化剂的制备方法,本发明通过在氧化 石墨烯 /磁性微球上直接光照沉积 半导体 ,实现了氧化石墨烯/半导体磁性复合微球的合成,该微球含有 聚合物 磁性微球、氧化石墨烯和CdS;聚合物磁性微球为包裹有Fe3O4纳米颗粒的P(St-MAH)微球,氧化石墨烯包覆在磁性微球表面;CdS附着在氧化石墨烯表面。本发明改善了目前硫化镉光催化过程中易被光 腐蚀 、不易回收等特点,具有简便易行、原料易得、过程简单、易于操作、能耗低、易于回收的特点,所得到的氧化石墨烯/半导体磁性复合微球具有较好的光催化性能,便于回收。,下面是一种石墨烯/CdS磁性复合微球光催化剂的制备方法专利的具体信息内容。

1.一种石墨烯/CdS磁性复合微球,其特征在于:该微球含有聚合物磁性微球、氧化石墨烯和CdS;所述聚合物磁性微球为包裹有Fe3O4纳米颗粒的P(St-MAH)微球,P(St-MAH)表示苯乙烯和来酸酐的共聚物;所述氧化石墨烯包覆在磁性微球表面;所述CdS附着在氧化石墨烯表面。
2.一种氧化石墨烯/CdS磁性复合微球的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:
1)聚合物磁性微球的制备:
将Fe3O4纳米颗粒和聚乙二醇,混匀,再加入苯乙烯单体,混匀,得溶液1;
将偶氮二异丁氰、马来酸酐和聚乙烯吡咯烷溶解于乙醇中,再加入,得溶液2;
将溶液1和溶液2混合后于紫外光下处理20~30h,离心,取沉淀洗涤后干燥,得聚合物磁性微球;
2)氧化石墨烯/聚合物磁性微球的制备:
将聚合物磁性微球超声分散于水中,得聚合物磁性微球分散液,往其中加入氧化石墨烯分散液,搅拌10~20min得氧化石墨烯/聚合物磁性微球;
3)氧化石墨烯/CdS磁性复合微球的制备:
将可溶性镉盐和可溶性硫代硫酸盐加入步骤2)所得的混合物中,超声分散后得到前驱液;现将前驱液于紫外光下处理6~24h,离心,取沉淀洗涤后干燥,得氧化石墨烯/CdS磁性复合微球。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于:步骤1)所述Fe3O4纳米颗粒、苯乙烯单体、偶氮二异丁氰、马来酸酐和聚乙烯吡咯烷酮的质量体积比为(0.1~0.25)g:(1~10)mL(:0.1~0.3)g:(0.1~0.3)g:(1~2)g。
4.根据权利要求2所述的方法,其特征在于:步骤1)所述聚乙二醇与Fe3O4纳米颗粒的体积质量比为(1~10)mL:(0.1~0.25)g。
5.根据权利要求2所述的方法,其特征在于:步骤1)所述乙醇和水与马来酸酐的体积质量比为(45~48.5)mL:(1.5~5)mL:(0.1~0.3)g。
6.根据权利要求2所述的方法,其特征在于:步骤2)所述聚合物磁性微球与氧化石墨烯的质量比为25:(1~5)。
7.根据权利要求2所述的方法,其特征在于:步骤2)所述聚合物磁性微球分散液中聚合物磁性微球的浓度为0.15~0.25g/L。
8.根据权利要求2所述的方法,其特征在于:步骤3)所述可溶性镉盐、可溶性硫代硫酸盐和聚合物磁性微球的质量比为(3.565~11.45):(2.48~32.5):0.02。
9.根据权利要求2所述的方法,其特征在于:步骤1)所述紫外光波长为350~390nm,步骤3)所述紫外光波长为230~290 nm。
10.一种根据权利要求2~9任一所述方法制备的氧化石墨烯/CdS磁性复合微球。

说明书全文

一种石墨烯/CdS磁性复合微球光催化剂的制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于催化剂制备技术,具体涉及一种采用光化学合成方法制备氧化石墨烯/CdS磁性复合微球的方法及产品。

背景技术

[0002] CdS是一种重要的半导体材料,禁带宽度为2.42 eV,在可见光下具有较好的光催化性能,广泛应用于光催化、太阳能电池和其他光电子领域,但纯的CdS在光催化过程中易团聚,且性能较差,不易回收,易于造成二次污染和原料的浪费。与氧化石墨烯复合能够提高其光催化性能,也是研究热点之一,但仍不能有效解决催化剂的团聚和回收问题。球形结构材料可有效减少颗粒之间的接触而增加实际的表面积;赋予功能材料以磁性则可以实现有效的回收。但是如何将半导体材料、氧化石墨烯、微球以及磁性结合在一起在技术上仍然存在一定的困难。

发明内容

[0003] 针对上述问题,本发明提供一种光化学合成方法制备氧化石墨烯/CdS复合聚合物磁性微球的方法及产品,用于解决现有技术中制备的硫化镉易团聚、光腐蚀、难回收以及重复性能差的问题。
[0004] 本发明的目的在于提供一种氧化石墨烯/CdS磁性复合微球光催化剂的制备方法。
[0005] 本发明所采取的技术方案是:一种氧化石墨烯/CdS磁性复合微球,该微球含有聚合物磁性微球、氧化石墨烯和CdS;
所述聚合物磁性微球为包裹有Fe3O4纳米颗粒的P(St-MAH)微球,P(St-MAH)表示苯乙烯和来酸酐的共聚物;所述氧化石墨烯包覆在磁性微球表面;所述CdS附着在氧化石墨烯表面。
[0006] 一种氧化石墨烯/CdS磁性复合微球的制备方法,包括以下步骤:1)聚合物磁性微球的制备:
将Fe3O4纳米颗粒和聚乙二醇,混匀,再加入苯乙烯单体,混匀,得溶液1;
将偶氮二异丁氰、马来酸酐和聚乙烯吡咯烷溶解于乙醇中,再加入,得溶液2;
将溶液1和溶液2混合后于紫外光下处理20~30h,离心,取沉淀洗涤后干燥,得聚合物磁性微球;
2)氧化石墨烯/聚合物磁性微球的制备:
将聚合物磁性微球超声分散于水中,得聚合物磁性微球分散液,往其中加入氧化石墨烯分散液,搅拌10~20min得氧化石墨烯/聚合物磁性微球;
3)氧化石墨烯/CdS磁性复合微球的制备:
将可溶性镉盐和可溶性硫代硫酸盐加入步骤2)所得的混合物中,超声分散后得到前驱液;现将前驱液于紫外光下处理6~24h,离心,取沉淀洗涤后干燥,得氧化石墨烯/CdS磁性复合微球。
[0007] 进一步的,步骤1)所述Fe3O4纳米颗粒、苯乙烯单体、偶氮二异丁氰、马来酸酐和聚乙烯吡咯烷酮的质量体积比为(0.1~0.25)g(:1~10)mL:(0.1~0.3)g(:0.1~0.3)g:(1~2)g。
[0008] 进一步的,步骤1)所述聚乙二醇与Fe3O4纳米颗粒的体积质量比为(1~10)mL:(0.1~0.25)g。
[0009] 进一步的,步骤1)所述乙醇和水与马来酸酐的体积质量比为(45~48.5)mL:(1.5~5)mL:(0.1~0.3)g。
[0010] 进一步的,步骤2)所述聚合物磁性微球与氧化石墨烯的质量比为25(:1~5)。
[0011] 进一步的,步骤2)所述聚合物磁性微球分散液中聚合物磁性微球的浓度为0.15~0.25g/L。
[0012] 进一步的,步骤3)所述可溶性镉盐、可溶性硫代硫酸盐和聚合物磁性微球的质量比为(3.565~11.45):(2.48~32.5):0.02。
[0013] 进一步的,步骤1)所述紫外光波长为350~390nm,步骤3)所述紫外光波长为230~290 nm。
[0014] 本发明的有益效果是:本发明提供一种采用光化学合成方法制备氧化石墨烯/硫化镉磁性复合微球的方法及产品,通过在氧化石墨烯/磁性微球上直接光照沉积硫化镉,实现了氧化石墨烯/硫化镉磁性复合微球的合成,改善了目前硫化镉光催化过程中易被光腐蚀、不易回收等特点以及合成工艺复杂的缺陷,具有简便易行、原料易得、过程简单、易于操作、能耗低、易于回收的特点,所得到的氧化石墨烯/硫化镉磁性复合微球具有较好的光催化性能,重复性好。
附图说明
[0015] 图1为实施例1所制备的氧化石墨烯的X射线衍射图谱;图2为实施例1所制备的聚合物磁性微球的扫描电镜图;
图3为实施例1所制备的氧化石墨烯/硫化镉磁性复合微球的扫描电镜图;
图4为实施例1所制备的氧化石墨烯/硫化镉磁性复合微球对罗丹明B溶液的光催化降解性能图;
图5为实施例1所制备的光催化降解罗丹明B溶液后样品磁性回收图。

具体实施方式

[0016] 一种氧化石墨烯/CdS磁性复合微球,该微球含有聚合物磁性微球、氧化石墨烯和CdS;所述聚合物磁性微球为包裹有Fe3O4纳米颗粒的P(St-MAH)微球,P(St-MAH)表示苯乙烯和马来酸酐的共聚物;所述氧化石墨烯包覆在磁性微球表面;所述CdS附着在氧化石墨烯表面。
[0017] 一种氧化石墨烯/CdS磁性复合微球的制备方法,包括以下步骤:1)聚合物磁性微球的制备:
将Fe3O4纳米颗粒和聚乙二醇,混匀,再加入苯乙烯单体,混匀,得溶液1;
将偶氮二异丁氰、马来酸酐和聚乙烯吡咯烷酮溶解于乙醇中,再加入水,得溶液2;
将溶液1和溶液2混合后于紫外光下处理20~30h,离心,取沉淀洗涤后干燥,得聚合物磁性微球;
2)氧化石墨烯/聚合物磁性微球的制备:
将聚合物磁性微球超声分散于水中,得聚合物磁性微球分散液,往其中加入氧化石墨烯分散液,搅拌10~20min得氧化石墨烯/聚合物磁性微球;
3)氧化石墨烯/CdS磁性复合微球的制备:
将可溶性镉盐和可溶性硫代硫酸盐加入步骤2)所得的混合物中,超声分散后得到前驱液;现将前驱液于紫外光下处理6~24h,离心,取沉淀洗涤后干燥,得氧化石墨烯/CdS磁性复合微球。
[0018] 优选的,步骤1)所述Fe3O4纳米颗粒、苯乙烯单体、偶氮二异丁氰、马来酸酐和聚乙烯吡咯烷酮的质量体积比为(0.1~0.25)g(:1~10)mL:(0.1~0.3)g(:0.1~0.3)g:(1~2)g。
[0019] 优选的,步骤1)所述聚乙二醇与Fe3O4纳米颗粒的体积质量比为(1~10)mL:(0.1~0.25)g。
[0020] 优选的,步骤1)所述乙醇和水与马来酸酐的体积质量比为(45~48.5)mL:(1.5~5)mL:(0.1~0.3)g。
[0021] 优选的,步骤2)所述聚合物磁性微球与氧化石墨烯的质量比为25(:1~5)。
[0022] 优选的,步骤2)所述氧化石墨烯分散液中氧化石墨烯的浓度为0.3~0.5 mg/mL。
[0023] 优选的,步骤2)所述聚合物磁性微球分散液中聚合物磁性微球的浓度为0.15~0.25g/L。
[0024] 优选的,步骤3)所述可溶性镉盐、可溶性硫代硫酸盐和聚合物磁性微球的质量比为(3.565~11.45):(2.48~32.5):0.02。
[0025] 更优选的,所述可溶性镉盐、可溶性硫代硫酸盐中Cd2+与S2O32-的摩尔量比为(1~10):1。
[0026] 优选的,所述可溶性镉盐选自硫酸镉、硝酸镉、乙酸镉中的至少一种。
[0027] 优选的,所述可溶性硫代硫酸盐选自硫代硫酸钠、硫代硫酸、硫代硫酸铵中的至少一种。
[0028] 优选的,步骤1)所述紫外光波长为350~390nm,步骤3)所述紫外光波长为230~290 nm。
[0029] 一种根据权上述任一所述方法制备的氧化石墨烯/CdS磁性复合微球。
[0030] 下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明,但并不局限于此。
[0031] 实施例11)聚合物磁性微球的制备:
称取0.2g纳米四氧化三(0.1g-0.25g)置于100mL的锥形瓶中,加入3mL聚乙二醇(1-
10mL)400超声处理15min,然后加入5mL苯乙烯单体(1-10mL),超声10min,得到溶液1;将
0.2g 偶氮二异丁氰(0.1g-0.3g)、0.3g马来酸酐(0.1g-0.3g)和1g聚乙烯吡咯烷酮(1-2g)溶解于47.5mL(45~48.5mL)乙醇中,再加入2.5mL(1.5~5mL)水,得到溶液2;将溶液1和溶液2混合后于波长为365nm的两盏平行的8W紫外灯下光照,24h后将产品离心洗涤后干燥备用。
[0032] 2)氧化石墨烯/聚合物磁性微球的制备:取0.02g聚合物磁性微球于烧杯中,加入100mL 蒸馏水,超声分散5 min后边搅拌边加入6 mL浓度为0.4 mg/mL的氧化石墨烯(0.8-4mg)分散液,搅拌15min,得到氧化石墨烯/聚合物磁性微球。
[0033] 3)氧化石墨烯/CdS磁性复合微球的制备:将11.45g的硫酸镉(3.565-11.45g)和24.8g的硫代硫酸钠(2.48-32.5g)加入到步骤2)所得混合物中,超声分散15min,得到前驱液。
[0034] 将前驱液置于波长为254nm的两盏平行的8W紫外灯下照射并持续磁搅拌,两盏紫外灯之间的距离为15 cm。反应24 h(6-24h)后,离心收集样品,并用去离子水洗涤3次,最后烘干样品备用,即得氧化石墨烯/CdS磁性复合微球。
[0035] 实施例2称取0.2g纳米四氧化三铁(0.1g-0.25g)置于100mL的锥形瓶中,加入3mL聚乙二醇(1-
10mL)400超声处理15min,然后加入5mL苯乙烯单体(1-10mL),超声10min,得到溶液1;将
0.2g 偶氮二异丁氰(0.1g-0.3g)、0.3g马来酸酐(0.1g-0.3g)和1g聚乙烯吡咯烷酮(1-2g)溶解于47.5mL乙醇中,再加入2.5mL水,得到溶液2;将溶液1和溶液2混合后于波长为365nm的两盏平行的8W紫外灯下光照,24h后将产品离心洗涤后干燥备用。
[0036] 取0.02g聚合物磁性微球于烧杯中,加入100mL蒸馏水,超声分散5 min后边搅拌边加入6 mL浓度为0.4 mg/mL的氧化石墨烯(0.8-4mg)分散液,搅拌15min,得到氧化石墨烯复合聚合物磁性微球。
[0037] 将11.45g的硫酸镉(3.565~11.45g)和2.48g的硫代硫酸钠(2.48~32.5g)加入到以上溶液中,超声分散15min,得到前驱液。
[0038] 将前驱液置于波长为254nm的两盏平行的8W紫外灯下照射并持续磁力搅拌,两盏紫外灯之间的距离为15 cm。反应24 h(6-24h)后,离心收集样品,并用去离子水洗涤3次,最后烘干样品备用,即得氧化石墨烯/CdS磁性复合微球。
[0039] 实施例3称取0.2g纳米四氧化三铁(0.1g-0.25g)置于100mL的锥形瓶中,加入3mL聚乙二醇(1-
10mL)400超声处理15min,然后加入5mL苯乙烯单体(1-10mL),超声10min,得到溶液1;将
0.2g 偶氮二异丁氰(0.1g-0.3g)、0.3g马来酸酐(0.1g-0.3g)和1g聚乙烯吡咯烷酮(1-2g)溶解于47.5mL乙醇中,再加入2.5mL水,得到溶液2;将溶液1和溶液2混合后于波长为365nm的两盏平行的8W紫外灯下光照,24h后将产品离心洗涤后干燥备用。
[0040] 取0.02g聚合物磁性微球于烧杯中,加入100mL 蒸馏水,超声分散5 min后边搅拌边加入6 mL浓度为 0.4 mg/mL的氧化石墨烯(0.8-4mg)分散液,搅拌15min,得到氧化石墨烯复合聚合物磁性微球。
[0041] 将3.565g的硫酸镉(3.565-11.45g)和2.48g的硫代硫酸钠(2.48-32.5g)加入到以上溶液中,超声分散15min,得到前驱液。
[0042] 将前驱液置于波长为254nm的两盏平行的8W紫外灯下照射并持续磁力搅拌,两盏紫外灯之间的距离为15 cm。反应24 h(6-24h)后,离心收集样品,并用去离子水洗涤3次,最后烘干样品备用,即得氧化石墨烯/CdS磁性复合微球。
[0043] 实施例4称取0.25g纳米四氧化三铁(0.1g-0.25g)置于100mL的锥形瓶中,加入10mL聚乙二醇(1-10mL)400超声处理15min,然后加入1mL苯乙烯单体(1-10mL),超声10min,得到溶液1;将
0.1g 偶氮二异丁氰(0.1g-0.3g)、0.1g马来酸酐(0.1g-0.3g)和1g聚乙烯吡咯烷酮(1-2g)溶解于47.5mL乙醇中,再加入2.5mL水,得到溶液2;将溶液1和溶液2混合后于波长为365nm的两盏平行的8W紫外灯下光照,24h后将产品离心洗涤后干燥备用。
[0044] 取0.02g聚合物磁性微球于烧杯中,加入100mL 蒸馏水,超声分散5 min后边搅拌边加入2 mL浓度为 0.4 mg/mL的氧化石墨烯(0.8-4mg)分散液,搅拌15min,得到氧化石墨烯复合聚合物磁性微球。
[0045] 将11.45g的硫酸镉(3.565-11.45g)和24.8g的硫代硫酸钠(2.48-32.5g)加入到以上溶液中,超声分散15min,得到前驱液。
[0046] 将前驱液置于波长为254nm的两盏平行的8W紫外灯下照射并持续磁力搅拌,两盏紫外灯之间的距离为15 cm。反应12 h(6-24h)后,离心收集样品,并用去离子水洗涤3次,最后烘干样品备用,即得氧化石墨烯/CdS磁性复合微球。
[0047] 实施例5称取0.1g纳米四氧化三铁(0.1g-0.25g)置于100mL的锥形瓶中,加入1mL聚乙二醇(1-
10mL)400超声处理15min,然后加入10mL苯乙烯单体(1-10mL),超声10min,得到溶液1;将
0.3g 偶氮二异丁氰(0.1g-0.3g)、0.3g马来酸酐(0.1g-0.3g)和2g聚乙烯吡咯烷酮(1-2g)溶解于47.5mL乙醇中,再加入2.5mL水,得到溶液2;将溶液1和溶液2混合后于波长为365nm的两盏平行的8W紫外灯下光照,24h后将产品离心洗涤后干燥备用。
[0048] 取0.02g聚合物磁性微球于烧杯中,加入100mL 蒸馏水,超声分散5 min后边搅拌边加入6 mL浓度为 0.4 mg/mL的氧化石墨烯(0.8-4mg)分散液,搅拌15min,得到氧化石墨烯复合聚合物磁性微球。
[0049] 将3.565g的硫酸镉(3.565-11.45g)和2.48g的硫代硫酸钠(2.48-32.5g)加入到以上溶液中,超声分散15min,得到前驱液。
[0050] 将前驱液置于波长为254nm的两盏平行的8W紫外灯下照射并持续磁力搅拌,两盏紫外灯之间的距离为15 cm。反应6 h(6-24h)后,离心收集样品,并用去离子水洗涤3次,最后烘干样品备用,即得氧化石墨烯/CdS磁性复合微球。
[0051] 实施例6称取0.2g纳米四氧化三铁(0.1g-0.25g)置于100mL的锥形瓶中,加入3mL聚乙二醇(1-
10mL)400超声处理15min,然后加入5mL苯乙烯单体(1-10mL),超声10min,得到溶液1;将
0.2g 偶氮二异丁氰(0.1g-0.3g)、0.3g马来酸酐(0.1g-0.3g)和1g聚乙烯吡咯烷酮(1-2g)溶解于47.5mL乙醇中,再加入2.5mL水,得到溶液2;将溶液1和溶液2混合后于波长为365nm的两盏平行的8W紫外灯下光照,24h后将产品离心洗涤后干燥备用。
[0052] 取0.02g聚合物磁性微球于烧杯中,加入100mL 蒸馏水,超声分散5 min后边搅拌边加入10mL浓度为 0.4 mg/mL的氧化石墨烯(0.8-4mg)分散液,搅拌15min,得到氧化石墨烯复合聚合物磁性微球。
[0053] 将11.45g的硫酸镉(3.565-11.45g)和24.8g的硫代硫酸钠(2.48-32.5g)加入到以上溶液中,超声分散15min,得到前驱液。
[0054] 将前驱液置于波长为254nm的两盏平行的8W紫外灯下照射并持续磁力搅拌,两盏紫外灯之间的距离为15 cm。反应24 h(6-24h)后,离心收集样品,并用去离子水洗涤3次,最后烘干样品备用,即得氧化石墨烯/CdS磁性复合微球。
[0055] 下面对上述实施制备的氧化石墨烯/CdS磁性复合微球作进一步的效果检测。
[0056] 实施例1所制备的氧化石墨烯的X-射线衍射图如图1所示,在从图中可看到,氧化石墨烯在2θ≈10°的位置有个尖且强的衍射峰,这与文献报道的氧化石墨烯的结构符合。
[0057] 图2为实施例1所制备的聚合物磁性微球的扫描电镜图,由图可知,所制备微球的形貌为球状。
[0058] 图3为实施例1制备的氧化石墨烯/硫化镉磁性复合微球的扫描电镜图。由图3可知,在氧化石墨烯/磁性微球上沉积硫化镉,依旧能保持球状结构,达到了提高硫化镉纳米颗粒分散性的效果,这可能是本发明产品光催化性能好的原因。
[0059] 图4为实施例1制备的氧化石墨烯/硫化镉磁性复合微球降解罗丹明B溶液的性能图。由图4可知,氧化石墨烯/硫化镉磁性复合微球的光催化性能较好,在40min内光催化效率达到94%以上。
[0060] 图5为实施例1制备的氧化石墨烯/硫化镉磁性复合微球光催化降解罗丹明B溶液后样品磁性回收图,由图可知所制备的复合材料具有较好的磁性,有利于样品回收。
[0061] 上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。
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