纳米复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种光催化降解有机污染物与同步去除水中重金属离子的三维纳米复合材料还原氧化石墨稀-Mn304/MnC03及其制备方法。
【背景技术】
[0002]能源是人类社会发展不可或缺的物质基础之一，是人类生存和发展的先决条件。但是作为常规的化石能源，即石油、煤炭和天然气等，绝大多数是不可再生能源，并且储量日益减少，在可预见的不长时间内将被消耗殆尽，人类正面临着严重的能源危机。随着能源问题的日益严重，环境污染也逐渐突显，工业化和城镇化进程的不断加快，环境风险急剧增大，国家环境安全受到挑战。而水资源的污染是环境问题中尤为突出的一个，也是目前世界各国普遍面临而亟待解决的问题之一。种类繁多的有机污染物进入水体后，不易分解，能够长期稳定的存在于水体中，大部分本身具有毒性，许多有机物或其降解的中间产物具有“致癌、致畸、致突变”的“三致”作用，对人类的健康构成巨大的威胁。对于这些难降解的有机污染物，尤其是持久性有机污染物(POPs)，采用传统的物理、化学、生物处理工艺已难以去除。因此，如何合理地利用能源，经济而有效地对水体中难降解有机污染物进行控制和处理显得尤为迫切。
[0003]光催化降解法始于1972年，是近三十年发展起来的污水处理新方法。光催化降解法可以有效地降解多种有机污染物，并将有机物全部矿化为C02、H2O或毒性较小的有机物，能彻底破坏有机物，达到无害处理的要求。但由于打02的宽禁带(3.2 eV)，只能响应387.5纳米以下的紫外光，对太阳光谱中占绝大部分的可见光则利用效率较低，从而限制了纳米T12的工业化应用发展。因此开发出高效的可见光诱导的光催化剂具有深远的意义。而四氧化三锰的合成方法简单，原材料便宜，而且对可见光有很好的吸收，成为人们研究的又一个热点，并且将具有优异特性的石墨烯引入光催化剂中，与四氧化三锰形成多元异质结，将更有利于改善催化剂的性质，提高其光催化降解有机物的性能。
[0004]半导体光催化降解有机污染物技术的发展不仅能够充分利用太阳能这种巨大、无污染、洁净、安全的可再生能源，达到节能的目的，而且可以有效地降解有机污染物，起到环境保护作用。因此，开发可见光响应、高效稳定的光催化剂是解决光催化广泛应用于水污染治理的关键所在。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种新型光催化降解有机污染物与同步去除水中重金属离子的三维纳米复合材料还原氧化石墨烯_Mn304/MnC03，为解决当今环境问题提供了新材料。本发明的材料制备是通过冷凝回流和水热法处理得到三维的石墨稀负载纳米材料，其操作简单、生产成本低廉、合成的产率较高，纯度也很高以及重复性好，适合扩大化生产的要求。
[0006]本发明是这样来实现的，一种三维还原氧化石墨稀_Mn304/MnC03m米复合材料，其特征在于:该材料是由还原氧化石墨稀(RGO)、Mn3O4和MnCO 3组成的复合材料，其分子式表述为RG0-Mn304/MnC03;在300瓦的氣灯照射下，在无贵金属共催化的情况下，50 mg的还原氧化石墨烯_Mn304/MnC03纳米复合材料可以将100毫升浓度为10 5摩尔/升的亚甲基蓝在90分钟内完全降解，且对砷离子有良好的吸附效果。
[0007]本发明的催化剂1?0-111304/^11(:03可通过改变pH，从而获得不同组分比的RG0-Mn304/MnC03纳米光催化剂。
[0008]本发明的催化剂RG0-Mn304/MnC03的制备方法为:
(1)称取1~3克醋酸锰于25ml烧杯中，加入5~10毫升去离子水中并置于超声波清洗器中超声溶解至澄清，转移至250 ml三颈烧瓶中并回流搅拌；
(2)然后在45°C下，滴加6~130毫升乙醇，约15分钟后逐滴添加5~10毫升氨水，滴加完毕升温至80°C反应3小时，离心，洗涤，真空烘干；
(3)将烘干后的样品200毫克分散于15毫升浓度为4.6克/升的氧化石墨烯，搅拌15分钟分散均匀之后调节溶液的PH为3.5~9.5，将所得溶液装入25 ml的聚四氟乙烯的反应釜中，放入150~200 °C的马弗炉中水热反应12小时。
[0009](4)将水热反应后的样品进行多次过滤、洗涤，冷冻干燥，得到目标催化剂。
[0010]本发明的优点是:1、该多元纳米材料是首次报道的以层状氧化石墨为基底材料，通过调节溶液的PH而控制其最佳配比，合成出具有三元纳米结构的光催化降解有机物；2、本发明的催化剂是采用回流-水热法合成，其操作简单、生产成本低廉、合成的产率较高，纯度也很高以及重复性好，适合扩大化生产的要求；3、具有较好的光催化降解有机污染物和重金属去除的性能。
【附图说明】
[0011 ]图1为本发明的RG0-Mn304/MnC03催化剂的X射线粉末衍射图。
[0012]图2为本发明的RG0-Mn304/MnC03催化剂的拉曼图图3为本发明的RG0-Mn304/MnC0jf化剂的扫描电镜图。
[0013]图4为本发明的RG0-Mn304/MnC03催化剂的在模拟太阳光下降解亚甲基蓝的效果比较图。
[0014]图5为本发明的RG0-Mn304/MnC03催化剂的全波段扫描图。
[0015]图6为本发明的RG0-Mn304/MnC0jf化剂的重金属吸附与氧化对比图。
【具体实施方式】
[0016]以下结合【附图说明】对本发明的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。
[0017]催化剂RG0-Mn304/MnC03的合成:
1、化合物Mn3O4的合成
称取1.5 g Mn (Ac) 2.4H20于25 ml烧杯中，加入6毫升H2O中并置于超声波清洗器中超声溶解至澄清，转移至250 ml三颈烧瓶中并回流搅拌，然后在45°C下，滴加100 ml乙醇，约15 mins后逐滴添加氨水7.5 ml，滴加完毕升温至80°C反应3小时，离心，洗涤，真空烘干。
[0018]2、在pH=3.5情况下催化剂RG0_Mn304/MnC03的合成
将烘干后的样品200 mg分散于15 ml的氧化石墨稀中，搅拌15分钟分散均勾之后调节溶液的PH分别为3.5，将所得溶液装入25 ml的聚四氟乙烯的反应釜中，放入180°C的马弗炉中水热反应12小时。将水热反应后的样品进行多次过滤、洗涤，冷冻干燥，得到目