柔性TiO2／G网布的制备及性能研究.pdf

76 江 西 化 工 2015年第2期 柔性 TiO2／G网布的制备及性能研究 李忠艳 (南昌航空大学环境与化学工程学院，江西省持久性污染物控制 与资源循环利用重点实验室，江西 南昌 330063) 摘 要 ：商业钛丝编织成柔性钛丝 网布 (1cm×4em)，阳极氧化成高度有序的柔性 TiO网布，再镀上一层镍膜用做基底 ，采用PEG6000为碳源，氮气为保护气，用普通的管式 炉在较低温度下静态碳氛围化学气相沉积制备二氧化钛和石墨烯的复合物。因为镍和二 氧化钛能催化无定形碳 向石墨烯碳的转换 ，故高温使 TiO：纳米管晶化度提高的同时， PEG6000分解的碳原子转换为高质量的石墨烯原位生长于TiO：纳米管网布上。研究发现 当PEG6000用量为0．15g，保持管式炉2Emin 的加热速率升温至600~C，热处理 6h，再 以2~Cmin 的降温速率冷却至室温时，石墨烯均匀的覆盖在 TiO纳米管的外壁上。此 外 ，由于 Ni催化剂在600~C时发生形变而不气化，且在 TiO：纳米管内壁的毛细作用下，在 TiO纳米管内部形成了竹节状的石墨烯节。所制备的TiO／G具有 良好的催化性能并呈 现新颖的形貌，TiO纳米管的晶型以高活性的锐钛矿型为主。并且TiO：／G网布对罗丹明 B的吸附效果和光电降解效果都要比没有负载石墨烯的纯 TiO纳米管要好，30min内对 120mL10mg／L的RhB溶液的去除率为95％。 关键词：阳极氧化 TiO2纳米管 TiO2／G网布 罗丹明B 1 引言 性高以及抗氧化能力强等优点而备受青睐。但TiO 自 2004年，英国曼彻斯特大学 的Novoselov和 Geim 身也存在明显劣势，因为TiO禁带较宽，导致它对太阳 等采用 “微机械分离法”首次成功制备了石墨烯 (Gra- 能的利用率很低，仅 占太阳光谱总能量的3％。而 TiO2 phene)材料…，并且当通过实验证实石墨稀中的载流 纳米管由于具有较大的比表面积和多孑L的结构 ，纳米 子是无质量的狄拉克费米子时，石墨稀 的黄金时代正 管很容易与气相或者液相中反应物接触 ¨ “j，因而 式拉开了帷幕。石墨烯由单层六边形晶体点阵上的碳 TiO：纳米管及修饰的riO：纳米管有望实现较高的催化 原子组成 ，厚度仅为0．35nm，是世界上最薄的二维材 性能 J。自从 由美国宾夕法尼亚州立大学材料科 料，具有优异的导电和导热性 ，其载流子迁移率达 学工程系Grimes教授领导的科研小组在2001年率先 15000cm2V～s～，热导性可达 5000wm K～，同时石 研究在含氟的有机或无机 电解液中阳极氧化金属钛而 墨烯还具有很强的硬度，其杨式模量可达 1Tpa-2-31。 制备出了TiO纳米管阵列 ，可以调控其工艺参数如电 目前石墨烯主要制备方法有机械剥离法、化学还原氧 解液组份、pH、氧化 电压、氧化时间和温度等控制TiO 化石墨法、化学气相沉积法 、SiC外延法等。其中机械 纳米管阵列的壁长，壁厚以及管径等 ，得到TiO纳米管 剥离法，获得的石墨烯尺寸不易控制，产率低 ；化学还 高度顶部开 口，定向生长，较大比表面积、孔径均匀，在 原氧化石墨制备出的石墨稀质量不高，容易褶皱或折 一 定长度下可牢固的附着在钛基底上，此法给我们指 叠；而化学气相沉积法反应复杂，对仪器要求高，成本 出了新的思路。自此，电化学阳极氧化钛金属是制备 也高；SiC外延法成本高，石墨烯层数不易控制 J，所 高度定向的纳米管结构最简单、最直接、成本最低的主 以开发一种简易、安全、经济 、高质量石墨烯制备方