一种石墨烯改性铁泥非均相Fenton催化剂及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于催化剂新材料技术和环境净化技术领域，具体涉及一种石墨烯改性铁泥非均相F enton催化剂及其制备方法。
【背景技术】
[0002]工业化的快速发展为人类带来了丰富的物质文化生活，同时也给水环境和人类健康带来了日趋严重的危害。Fenton氧化技术是一项环境友好的新型环保技术，因其具备独特的优点如氧化能力强、设备简单和无选择性而被广泛应用于持久性和难生物降解有机废水的处理。然而，Fenton反应也存在一些无法避免的缺点，如反应的最佳pH值局限于2?4;反应过程中产生大量的铁泥，容易造成二次污染;催化剂无法回收利用，增加了处理成本。这些弊端也限制了 Fenton体系在实际污水处理中的应用。因此，许多学者尝试通过不同的方法，将铁离子进行负载，制备非均相Fenton催化剂，以拓宽体系的pH适用范围，并提高体系的反应速率。迄今为止，大量的新型非均相Fenton催化剂被制备并被争相报道，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，这些催化剂若要用于实际废水处理，仍存在着制备方法和过程比较繁琐，成本很高的不足，且在制备过程中引入其它金属元素，使得降解过程存在造成二次污染的风险。
【发明内容】
[0003]本发明针对现有技术的不足，目的在于提供一种石墨烯改性铁泥非均相Fenton催化剂及其制备方法。
[0004]为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为:
[0005]一种石墨稀改性铁泥非均相Fenton催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤:
[0006](I)将石墨烯加入到去离子水中，超声分散后，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，搅拌、陈化后得到沉淀物；
[0008](3)将所得的沉淀物反复离心水洗至中性，鼓风干燥后，得到石墨烯改性铁泥非均相Fenton催化剂。
[0009]上述方案中，所述石墨烯、FeSO4.7出0和H2O2溶液的比例为0.01?0.05g:6.95g:50mL，H202与Fe2+的摩尔比为20。上述方案中，所述H2O2溶液中H2O2的质量百分数为30%。
[0010]上述方案中，步骤(I)所述超声的频率为32?59KHz，超声时间为30?60min。
[0011]上述方案中，步骤(2)所述搅拌的时间为3O?6 O m i η，所述陈化的时间为3 O?120mino
[0012]上述方案中，步骤(3)所述鼓风干燥的温度为100°C，时间为4?8h。
[0013]上述制备方法制备得到的石墨稀改性铁泥非均相Fenton催化剂。
[0014]本发明所制备的改性铁泥非均相Fenton催化剂的催化降解性能通过降解水中的罗丹明B(RhB)、、酸性红G(ARG)和甲硝唑进行表征。实验过程如下:量取10mL RhB(1mg/L)，ARG(20mg/L)或甲硝唑(10mg/L)溶液置于烧杯中，在搅拌状态下加入本发明所述改性铁泥非均相Fenton催化剂0.1g，持续搅拌30min，使催化剂充分分散，然后向烧杯中迅速加入3% (w/w)的H2O2溶液lmL，间隔30min取样，采用紫外-可见分光光度计在最大吸收波长处测定溶液的吸光度。
[0015]本发明的有益效果如下:(I)本发明制备方法能将Fenton过程中产生的二次污染物铁泥进行资源化用，用作非均相Fenton催化剂再次降解有机废水，且制备方法简单方便，材料合成温度低；(2)本发明制备得到的改性铁泥非均相Fenton催化剂对RhB、ARG和甲硝唑溶液都具有非常好催化降解效果，且能在较宽的pH范围(3.03-9.44)内对RhB具有较好的降解效果，为处理有毒有害难降解有机废水提供了广阔的前景。
【附图说明】
:
[0016]图1为本发明石墨稀、实施例1?3制备的石墨稀改性铁泥非均相Fenton催化剂的XRD图谱，其中Fe-G-O为未经石墨烯改性的铁泥，G为石墨烯。
[0017]图2为本发明溶液pH值对石墨烯改性铁泥非均相Fenton催化剂催化降解溶液中RhB的效果影响图。
[0018]图3为本发明石墨烯改性铁泥非均相Fenton催化剂对溶液中ARG和甲硝唑的降解效果图。
【具体实施方式】
[0019]为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
[0020]实施例1
[0021 ] 一种石墨烯改性铁泥非均相Fenton催化剂的制备方法，包括如下步骤:
[0022](I)称取0.03g石墨烯，加入到10mL去离子水中，超声30min，超声频率为47KHz ；
[0023](2)以H202/Fe2+的摩尔比= 2O^PAFeSO4.7出0(6.9味)和!1202溶液(501^，30%，￥/w)，搅拌30min，陈化30min;
[0024](3)将所得的沉淀物反复离心水洗至中性，100°C下鼓风干燥4h，得到石墨烯改性铁泥非均相Fenton催化剂(Fe-G-3)。
[0025]图1为石墨烯、石墨烯改性铁泥非均相Fenton催化剂的XRD图谱。从图中可以看出，铁泥的XRD图谱中在2Θ = 35°左右出现较宽的峰，说明铁泥的结晶度较差，主要成分为羟基氧化铁(FeOOH)。随着石墨稀在催化剂中含量的增加，石墨稀改性铁泥非均相Fenton催化剂的XRD图谱中出现了石墨烯的特征峰，表明石墨烯与铁泥改性成功。
[0026]本实施例制备的Fe-G-3催化剂在降解溶液中RhB的实验中，投加量为1.0g/L，RhB初始浓度为10mg/L，H202投加量为lmL(3%，w/w)，120min后RhB的降解率为99%，远高于未经石墨烯改性的铁泥对RhB的降解效果(12%)。说明本实施例所制备的催化剂在非均相Fenton体系中对难降解有机染料RhB具有较好的催化降解性能，石墨稀改性能显著提高铁泥非均相Fenton催化剂的降解效果。
[0027]图2为溶液pH值对Fe-G-3催化降解溶液中RhB的效果影响。由图中可以看出，所制备的Fe-G-3在较宽的pH范围(3.03?9.44)内都能对RhB具有非常高的脱色效果，拓宽了传统Fenton体系的pH范围。
[0028]图3为本实施例所获得的石墨烯改性铁泥非均相Fenton催化剂对溶液中ARG和甲硝唑的脱色率随时间的变化情况降解效果图。可以看出，120min内Fe-G-3对ARG和甲硝唑的脱色率可分别达到98.5%和91.8%。这也说明，Fe-G-3对ARG和甲硝唑也具有较好的催化降解效果，在实际工业废水的处理领域有着较高的应用潜力。
[0029]实施例2
[0030]一种石墨烯改性铁泥非均相Fenton催化剂的制备方法，包括如下步骤:
[0031 ] (I)称取0.0lg石墨烯，加入到10mL去离子水中，超声60min，超声频率为32KHz ；
[0032](2)以H202/Fe2+的摩尔比= 2O^PAFeSO4.7出0(6.9味)和!1202溶液(501^，30%，￥/w)，搅拌30min，陈化 120min;
[0033](3)将所得的沉淀物反复离心水洗至中性，100°C下鼓风干燥8h，得到石墨烯改性铁泥非均相Fenton催化剂(Fe-G-1) ο
[0034]本实施例制备的Fe-G-1催化剂在降解溶液中RhB的实验中，投加量为1.0g/L，RhB初始浓度为10mg/L，H202投加量为lmL(3%，w/w)，120min后RhB的降解率为88%，远高于未经石墨烯改性的铁泥对RhB的降解效果(12%)。说明所制备的催化剂在非均相Fenton体系中对难降解有机染料RhB具有较好的催化降解性能，石墨烯改性能显著提高铁泥非均相F enton催化剂的降解效果。
[0035]实施例3
[0036]一种石墨烯改性铁泥非均相Fenton催化剂的制备方法，包括如下步骤:
[0037](I)称取0.05g石墨烯，加入到10mL去离子水中，超声30min，超声频率为59KHz ；
[0038](2)以H202/Fe2+的摩尔比= 2O^PAFeSO4.7出0(6.9味)和!1202溶液(501^，30%，￥/w)，搅拌60min，陈化30min;
[0039](3)将所得的沉淀物反复离心水洗至中性，100°C下鼓风干燥6h，得到石墨烯复合铁泥非均相Fenton催化剂(Fe-G-5)。
[0040]本实施例制备的Fe-G-5催化剂在降解溶液中RhB的实验中，投加量为1.0g/L，RhB初始浓度为10mg/L，H202投加量为lmL(3%，w/w)，120min后RhB的降解率为99%，远高于未经石墨烯改性的铁泥对RhB的降解效果(12%)。说明所制备的催化剂在非均相Fenton体系中对难降解有机染料RhB具有较好的催化降解性能，石墨烯改性能显著提高铁泥非均相F enton催化剂的降解效果。
[0041]显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的实例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。
【主权项】
1.一种石墨稀改性铁泥非均相Fenton催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)将石墨烯加入到去离子水中，超声分散后，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，搅拌、陈化后得到沉淀物； (3)将所得的沉淀物反复离心水洗至中性，鼓风干燥后，得到石墨烯改性铁泥非均相Fenton催化剂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述石墨烯、FeSO4.7H20和H2O2溶液的比例为0.01?0.05 g:6.95 g:50 mL，H202与Fe2+的摩尔比为20。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(I)所述超声的频率为32?59KHz，超声时间为30?60 min。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述搅拌的时间为30?60min，所述陈化的时间为30~120 min。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述鼓风干燥的温度为100°C，时间为4?8h。6.权利要求1?5任一所述制备方法制备得到的石墨稀改性铁泥非均相Fenton催化剂。
【专利摘要】本发明属于催化剂新材料技术和环境净化技术领域，具体涉及一种石墨烯改性铁泥非均相Fenton催化剂及其制备方法。所述制备方法包括：将石墨烯加入到去离子水中，超声分散后，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，搅拌、陈化后得到沉淀物；将所得的沉淀物反复离心水洗至中性，鼓风干燥后，得到石墨烯改性铁泥非均相Fenton催化剂。本发明制备得到的改性铁泥非均相Fenton催化剂对水中的罗丹明B、酸性红G和甲硝唑都具有非常好催化降解效果，且能在较宽的pH范围(3.03～9.44)内对RhB具有较好的降解效果，为处理有毒有害难降解有机废水提供了广阔的前景。
【IPC分类】B01J23/745, C02F1/72, C02F101/34, C02F101/38
【公开号】CN105597758
【申请号】CN201610080860
【发明人】张高科, 郭盛
【申请人】武汉理工大学
【公开日】2016年5月25日
【申请日】2016年2月5日