氧化石墨烯可见光催化能力的影响因素

为了验证氧化石墨烯的光催化能力,研究能增强其光催化效果的最佳条件,用改进的Hummer法制备了氧化石墨烯及分散液,通过扫描电镜、透射电镜、红外图谱、拉曼光谱以及荧光共聚焦光谱,对氧化石墨烯的微观形貌、成分、结构进行表征研究;在光照条件下降解亚甲基蓝验证其光催化能力,通过改变催化剂浓度、搅拌条件、曝气氧气浓度和外加电流,研究了四种条件对光催化能力的影响.在亚甲基蓝浓度为40 mg/L,氧化石墨烯浓度为20 mg/L,曝气量为2 L/min,氧气浓度为50%时,2 h可见光照射后亚甲基蓝降解率为62.9%,总去除率为89.9%;当不进行曝气处理,外加电流密度为1 m A/cm~2时,2 h可见光照射后亚甲基蓝降解率为53%,总去除率为87.9%.氧化石墨烯可以通过光催化产生羟基自由基降解污染物,通过改变条件来增加自由基含量可以提升催化效果.     

改性石墨烯光催化薄膜的制备及可见光光催化性能

根据改进的Hummers法制备了5mg/mL的改性石墨烯分散液并采用匀胶法在玻璃片上制备改性石墨烯薄膜,分别研究了转速(600～2000r/min)、滴胶时间(10～30s)、转加速度(100～500r·min~(-1)·s~(-1))、pH值(4～12)等匀胶工艺条件对改性石墨烯薄膜附着力的影响;通过拉曼光谱以及激光共聚焦光谱等方法,对改性石墨烯及其薄膜的微观形貌、成分、结构进行表征研究;以亚甲基蓝作为目标降解物,研究了改性石墨烯薄膜在可见光照射下的光催化性能,初步揭示了其可见光催化原理。结果如下:①确定了匀胶镀膜的优化工艺,成功制备的改性石墨烯薄膜对亚甲基蓝的可见光光催化降解率达35.3%。②激光共聚焦显微镜测定改性石墨烯薄膜在422nm处有最大吸收峰。     

匀胶法制备改性石墨烯光催化薄膜的工艺及光催化性能

采用改进的Hummers法制备改性石墨烯分散液,然后用匀胶法在玻璃基底上制备改性石墨烯薄膜,研究低速(600~800 r/min)、中速(1 000~2 000 r/min)、高速(3 000~5 000 r/min)、滴胶时间(10~30 s)、加速度(100~700r/(min·s))和pH值(4~11)等匀胶工艺参数对改性石墨烯薄膜附着力的影响,优化匀胶工艺参数。通过扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、能谱仪、拉曼光谱以及激光共聚焦光谱,对最佳工艺下制备的改性石墨烯及其薄膜进行表征,重点研究可见光下改性石墨烯薄膜对亚甲基蓝的光催化降解性能,分析其可见光光催化原理。结果表明:在低速800 r/min旋转60 s,然后中速1 500 r/min旋转30 s,高转速4 000 r/min下旋转60 s,滴胶时间为20 s,加速度为100 r/(min·s),分散液pH=7条件下制备的改性石墨烯薄膜附着力最好。薄膜在可见光波段波长为421 nm处有最大吸收峰,对亚甲基蓝溶液进行光催化降解,4 h时降解率达到34.4%。其催化原理为改性石墨烯薄膜在可见光的作用下,产生强氧化剂·OH,把亚甲基蓝等污染物逐步氧化成二氧化碳和水,达到降解的目的。     

浸渍提拉法制备改性氧化石墨烯光催化薄膜及其性能表征

采用浸渍提拉法在玻璃基底上制备改性氧化石墨烯(GO)薄膜,研究了工艺条件对改性GO薄膜附着力的影响,通过扫描电镜和拉曼光谱对改性GO薄膜的微观形貌和结构进行表征,测试了可见光下改性GO薄膜对COD(化学需氧量)为54.35 mg/L的城市污水的降解性能。结果发现,在GO质量浓度为1.0 mg/mL,提拉(浸渍)速率为120 mm/min,镀膜间隔为12 s,镀膜次数为5次的条件下制得的改性GO薄膜具有最佳的附着力。改性GO薄膜具有良好的稳定性和可见光催化性能,24 h的COD去除率可以达到70.6%,经15次重复使用后的COD去除率依然达到63.4%。     

氧化石墨烯对亚甲基蓝的可见光催化降解

用改良的Hummers法制得了氧化石墨烯,对其微观形貌、成分和结构进行了表征,并使用亚甲基蓝溶液测试其光催化效率。通过SEM、TEM、Raman分析表明,得到的是少层氧化石墨烯,碳氧原子数比在3∶1左右。荧光共聚焦光谱显示,所得到的氧化石墨烯在420～700nm的光波谱范围内都有特征吸收峰。氧化石墨烯能够迅速吸附亚甲基蓝分子,然后对其进行光催化降解,在亚甲基蓝浓度为40mg/L、氧化石墨烯浓度为10mg/L时,降解率能达到40%。之后,初步探究了氧化石墨烯的光催化机理。