一種石墨烯改性鐵泥非均相Fenton催化劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于催化劑新材料技術(shù)和環(huán)境凈化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種石墨烯改性鐵泥非均相F enton催化劑及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]工業(yè)化的快速發(fā)展為人類帶來了豐富的物質(zhì)文化生活，同時也給水環(huán)境和人類健康帶來了日趨嚴(yán)重的危害。Fenton氧化技術(shù)是一項環(huán)境友好的新型環(huán)保技術(shù)，因其具備獨特的優(yōu)點如氧化能力強、設(shè)備簡單和無選擇性而被廣泛應(yīng)用于持久性和難生物降解有機廢水的處理。然而，F(xiàn)enton反應(yīng)也存在一些無法避免的缺點，如反應(yīng)的最佳pH值局限于2?4;反應(yīng)過程中產(chǎn)生大量的鐵泥，容易造成二次污染;催化劑無法回收利用，增加了處理成本。這些弊端也限制了 Fenton體系在實際污水處理中的應(yīng)用。因此，許多學(xué)者嘗試通過不同的方法，將鐵離子進(jìn)行負(fù)載，制備非均相Fenton催化劑，以拓寬體系的pH適用范圍，并提高體系的反應(yīng)速率。迄今為止，大量的新型非均相Fenton催化劑被制備并被爭相報道，比如S-Fe2〇3(Appl.Catal.BiEnviron.，2010,96，162-168)、CuFeC>2(Chem.Eng.J.,2014,236,251-262)、Fe-Ti02(Appl.Catal.B:Environ.，2011，107，363-371)等。然而，這些催化劑若要用于實際廢水處理，仍存在著制備方法和過程比較繁瑣，成本很高的不足，且在制備過程中引入其它金屬元素，使得降解過程存在造成二次污染的風(fēng)險。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，目的在于提供一種石墨烯改性鐵泥非均相Fenton催化劑及其制備方法。
[0004]為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0005]一種石墨稀改性鐵泥非均相Fenton催化劑的制備方法，其特征在于，包括如下步驟:
[0006](I)將石墨烯加入到去離子水中，超聲分散后，得到石墨烯水分散液；
[0007](2)向石墨烯水分散液中加入FeSO4.7H20和H2O2溶液，攪拌、陳化后得到沉淀物；
[0008](3)將所得的沉淀物反復(fù)離心水洗至中性，鼓風(fēng)干燥后，得到石墨烯改性鐵泥非均相Fenton催化劑。
[0009]上述方案中，所述石墨烯、FeSO4.7出0和H2O2溶液的比例為0.01?0.05g:6.95g:50mL，H202與Fe2+的摩爾比為20。上述方案中，所述H2O2溶液中H2O2的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為30%。
[0010]上述方案中，步驟(I)所述超聲的頻率為32?59KHz，超聲時間為30?60min。
[0011]上述方案中，步驟(2)所述攪拌的時間為3O?6 O m i η，所述陳化的時間為3 O?120mino
[0012]上述方案中，步驟(3)所述鼓風(fēng)干燥的溫度為100°C，時間為4?8h。
[0013]上述制備方法制備得到的石墨稀改性鐵泥非均相Fenton催化劑。
[0014]本發(fā)明所制備的改性鐵泥非均相Fenton催化劑的催化降解性能通過降解水中的羅丹明B(RhB)、、酸性紅G(ARG)和甲硝唑進(jìn)行表征。實驗過程如下:量取10mL RhB(1mg/L)，ARG(20mg/L)或甲硝唑(10mg/L)溶液置于燒杯中，在攪拌狀態(tài)下加入本發(fā)明所述改性鐵泥非均相Fenton催化劑0.1g，持續(xù)攪拌30min，使催化劑充分分散，然后向燒杯中迅速加入3% (w/w)的H2O2溶液lmL，間隔30min取樣，采用紫外-可見分光光度計在最大吸收波長處測定溶液的吸光度。
[0015]本發(fā)明的有益效果如下:(I)本發(fā)明制備方法能將Fenton過程中產(chǎn)生的二次污染物鐵泥進(jìn)行資源化用，用作非均相Fenton催化劑再次降解有機廢水，且制備方法簡單方便，材料合成溫度低；(2)本發(fā)明制備得到的改性鐵泥非均相Fenton催化劑對RhB、ARG和甲硝唑溶液都具有非常好催化降解效果，且能在較寬的pH范圍(3.03-9.44)內(nèi)對RhB具有較好的降解效果，為處理有毒有害難降解有機廢水提供了廣闊的前景。
【附圖說明】
:
[0016]圖1為本發(fā)明石墨稀、實施例1?3制備的石墨稀改性鐵泥非均相Fenton催化劑的XRD圖譜，其中Fe-G-O為未經(jīng)石墨烯改性的鐵泥，G為石墨烯。
[0017]圖2為本發(fā)明溶液pH值對石墨烯改性鐵泥非均相Fenton催化劑催化降解溶液中RhB的效果影響圖。
[0018]圖3為本發(fā)明石墨烯改性鐵泥非均相Fenton催化劑對溶液中ARG和甲硝唑的降解效果圖。
【具體實施方式】
[0019]為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實施例。
[0020]實施例1
[0021 ] 一種石墨烯改性鐵泥非均相Fenton催化劑的制備方法，包括如下步驟:
[0022](I)稱取0.03g石墨烯，加入到10mL去離子水中，超聲30min，超聲頻率為47KHz ；
[0023](2)以H202/Fe2+的摩爾比= 2O^PAFeSO4.7出0(6.9味)和!1202溶液(501^，30%，￥/w)，攪拌30min，陳化30min;
[0024](3)將所得的沉淀物反復(fù)離心水洗至中性，100°C下鼓風(fēng)干燥4h，得到石墨烯改性鐵泥非均相Fenton催化劑(Fe-G-3)。
[0025]圖1為石墨烯、石墨烯改性鐵泥非均相Fenton催化劑的XRD圖譜。從圖中可以看出，鐵泥的XRD圖譜中在2Θ = 35°左右出現(xiàn)較寬的峰，說明鐵泥的結(jié)晶度較差，主要成分為羥基氧化鐵(FeOOH)。隨著石墨稀在催化劑中含量的增加，石墨稀改性鐵泥非均相Fenton催化劑的XRD圖譜中出現(xiàn)了石墨烯的特征峰，表明石墨烯與鐵泥改性成功。
[0026]本實施例制備的Fe-G-3催化劑在降解溶液中RhB的實驗中，投加量為1.0g/L，RhB初始濃度為10mg/L，H202投加量為lmL(3%，w/w)，120min后RhB的降解率為99%，遠(yuǎn)高于未經(jīng)石墨烯改性的鐵泥對RhB的降解效果(12%)。說明本實施例所制備的催化劑在非均相Fenton體系中對難降解有機染料RhB具有較好的催化降解性能，石墨稀改性能顯著提高鐵泥非均相Fenton催化劑的降解效果。
[0027]圖2為溶液pH值對Fe-G-3催化降解溶液中RhB的效果影響。由圖中可以看出，所制備的Fe-G-3在較寬的pH范圍(3.03?9.44)內(nèi)都能對RhB具有非常高的脫色效果，拓寬了傳統(tǒng)Fenton體系的pH范圍。
[0028]圖3為本實施例所獲得的石墨烯改性鐵泥非均相Fenton催化劑對溶液中ARG和甲硝唑的脫色率隨時間的變化情況降解效果圖?？梢钥闯觯?20min內(nèi)Fe-G-3對ARG和甲硝唑的脫色率可分別達(dá)到98.5%和91.8%。這也說明，F(xiàn)e-G-3對ARG和甲硝唑也具有較好的催化降解效果，在實際工業(yè)廢水的處理領(lǐng)域有著較高的應(yīng)用潛力。
[0029]實施例2
[0030]一種石墨烯改性鐵泥非均相Fenton催化劑的制備方法，包括如下步驟:
[0031 ] (I)稱取0.0lg石墨烯，加入到10mL去離子水中，超聲60min，超聲頻率為32KHz ；
[0032](2)以H202/Fe2+的摩爾比= 2O^PAFeSO4.7出0(6.9味)和!1202溶液(501^，30%，￥/w)，攪拌30min，陳化 120min;
[0033](3)將所得的沉淀物反復(fù)離心水洗至中性，100°C下鼓風(fēng)干燥8h，得到石墨烯改性鐵泥非均相Fenton催化劑(Fe-G-1) ο
[0034]本實施例制備的Fe-G-1催化劑在降解溶液中RhB的實驗中，投加量為1.0g/L，RhB初始濃度為10mg/L，H202投加量為lmL(3%，w/w)，120min后RhB的降解率為88%，遠(yuǎn)高于未經(jīng)石墨烯改性的鐵泥對RhB的降解效果(12%)。說明所制備的催化劑在非均相Fenton體系中對難降解有機染料RhB具有較好的催化降解性能，石墨烯改性能顯著提高鐵泥非均相F enton催化劑的降解效果。
[0035]實施例3
[0036]一種石墨烯改性鐵泥非均相Fenton催化劑的制備方法，包括如下步驟:
[0037](I)稱取0.05g石墨烯，加入到10mL去離子水中，超聲30min，超聲頻率為59KHz ；
[0038](2)以H202/Fe2+的摩爾比= 2O^PAFeSO4.7出0(6.9味)和!1202溶液(501^，30%，￥/w)，攪拌60min，陳化30min;
[0039](3)將所得的沉淀物反復(fù)離心水洗至中性，100°C下鼓風(fēng)干燥6h，得到石墨烯復(fù)合鐵泥非均相Fenton催化劑(Fe-G-5)。
[0040]本實施例制備的Fe-G-5催化劑在降解溶液中RhB的實驗中，投加量為1.0g/L，RhB初始濃度為10mg/L，H202投加量為lmL(3%，w/w)，120min后RhB的降解率為99%，遠(yuǎn)高于未經(jīng)石墨烯改性的鐵泥對RhB的降解效果(12%)。說明所制備的催化劑在非均相Fenton體系中對難降解有機染料RhB具有較好的催化降解性能，石墨烯改性能顯著提高鐵泥非均相F enton催化劑的降解效果。
[0041]顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的實例，而并非對實施方式的限制。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而因此所引申的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種石墨稀改性鐵泥非均相Fenton催化劑的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)將石墨烯加入到去離子水中，超聲分散后，得到石墨烯水分散液； (2)向石墨烯水分散液中加入FeSO4.7H20和H2O2溶液，攪拌、陳化后得到沉淀物； (3)將所得的沉淀物反復(fù)離心水洗至中性，鼓風(fēng)干燥后，得到石墨烯改性鐵泥非均相Fenton催化劑。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述石墨烯、FeSO4.7H20和H2O2溶液的比例為0.01?0.05 g:6.95 g:50 mL，H202與Fe2+的摩爾比為20。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(I)所述超聲的頻率為32?59KHz，超聲時間為30?60 min。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)所述攪拌的時間為30?60min，所述陳化的時間為30~120 min。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(3)所述鼓風(fēng)干燥的溫度為100°C，時間為4?8h。6.權(quán)利要求1?5任一所述制備方法制備得到的石墨稀改性鐵泥非均相Fenton催化劑。
【專利摘要】本發(fā)明屬于催化劑新材料技術(shù)和環(huán)境凈化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種石墨烯改性鐵泥非均相Fenton催化劑及其制備方法。所述制備方法包括：將石墨烯加入到去離子水中，超聲分散后，得到石墨烯水分散液；向石墨烯水分散液中加入FeSO4·7H2O和H2O2溶液，攪拌、陳化后得到沉淀物；將所得的沉淀物反復(fù)離心水洗至中性，鼓風(fēng)干燥后，得到石墨烯改性鐵泥非均相Fenton催化劑。本發(fā)明制備得到的改性鐵泥非均相Fenton催化劑對水中的羅丹明B、酸性紅G和甲硝唑都具有非常好催化降解效果，且能在較寬的pH范圍(3.03～9.44)內(nèi)對RhB具有較好的降解效果，為處理有毒有害難降解有機廢水提供了廣闊的前景。
【IPC分類】B01J23/745, C02F1/72, C02F101/34, C02F101/38
【公開號】CN105597758
【申請?zhí)枴緾N201610080860
【發(fā)明人】張高科, 郭盛
【申請人】武漢理工大學(xué)
【公開日】2016年5月25日
【申請日】2016年2月5日