TiO2/石墨烯复合材料光降解亚甲基蓝废水文献综述

 2023-10-18 10:23:18

文献综述

【引言】

甲基蓝废水的处理方法有很多种,包括离子交换法、超滤、膜技术等,光催化氧化技术是当前流行的技术。

光催化氧化技术(photocatalyticoxidation)是一种新型的绿色高级氧化技术,可直接利用太阳光在常温常压条件下催化降解废水及空气中的有机污染物,具有工艺简单、操作方便的优点,并且降解彻底无二次污染,在环保领域具有广泛的应用前景。

光催化氧化技术的核心是高效光催化剂的研发。目前,光催化剂研究比较多的有TiO2、ZnO、SnO2、CdS、BiVO4、WO3等,其中TiO2具有催化效率高、化学性质稳定、廉价无毒、可重复使用等优点[1],被认为是较为理想的有机物光降解催化剂。但是TiO2的禁带宽度较大(锐钛矿型TiO2的禁带宽度Eg=3.2eV),只能吸收波长较短的紫外线,而这部分的光仅占太阳光能的3%~5%,对太阳能的利用率较低。此外,在光催化降解过程中,通过光激发产生的电子-空穴对具有很高的活性,非常容易复合,使得光催化反应的量子效率很低。如何减小TiO2等光催化剂的禁带宽度和激发电子-空穴对的复合概率,提高可见光响应性能和光催化性能成为当前新型光催化材料研究工作的重点。研究者为此做了大量的改性研究如金属离子掺杂[2]、贵金属沉积[3]、半导体复合[4]、表面光敏化[5]等来提高TiO2的光催化活性。近期的研究发现,TiO2等光催化剂与活性炭[6]、碳纳米管[7]、石墨烯[8]等复合能大幅度提高光催化性能,其中与石墨烯的复合最引人注目。

【历史背景】

石墨烯最早是在2004年由英国Manchester大学物理学教授Geim等[9]通过微机械剥离法制得的。这种方法制备的石墨烯质量很高但生产效率极低,不能满足工业化需求。随着石墨烯制备技术的迅速发展,研究者又开发出众多制备石墨烯的方法,其中应用比较广泛的有外延生长法[10]、化学气相沉淀CVD法[11]和氧化石墨还原法[12]等。其中氧化石墨还原法可以通过相对简单的过程大量高效地制备出质量较高的石墨烯,是目前大规模制备石墨烯唯一有效的途径[13]。该种方法主要是先将石墨粉均匀分散在浓硫酸、浓硝酸等强氧化性混合酸中,加入高锰酸钾等氧化剂得到氧化石墨,氧化过程即在石墨层间穿插一些羟基、羧基和环氧基等含氧官能团,从而加大了石墨层间距,再经过超声处理得到氧化石墨烯(GO),然后通过水合肼等强还原剂还原或是通过热剥离还原、电化学还原等方法得到还原的氧化石墨烯(RGO)。

【现状评述】

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