非均相可见光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，具体涉及一种氧化石墨烯复 合FeP04非均相可见光Fenton催化剂的制备方法。
【背景技术】
[0002] 水是生命之源，然而随着工业的不断发展，水污染问题越来越严重，如何有效治理 水污染，已成为世界范围内普遍面临的急需解决的重要问题之一。近年来，以产生氧化性 自由基为主体的高级氧化技术引起了广大研宄学者的极大关注。其中，Fenton体系所产生 的? 0H自由基标准电极电势仅低于F2，具有极强的氧化能力，对难生物降解或一般化学氧 化剂难以奏效的有机废水有较好的处理效果，且使用范围广，反应条件温和，被认为是处理 有毒有害且难生物降解有机废水的最具有应用前景的技术之一。然而，对于难降解且有毒 有害的有机废水如染料废水、酚类废水等，传统的Fenton体系在实际应用中仍存在着很多 不足，如反应的最佳pH值局限于2-4 ;反应中需用沉淀等方法将溶液中的铁离子分离出来， 增加了处理成本；大多数需要在紫外光照射下发生催化作用，而且H202利用率不高。
[0003] 为了克服传统的均相Fenton系统的不足，很多学者对非均相类Fenton光催化材 料进行了研宄。所谓非均相类Fenton氧化体系，是指使用非均相的铁系固体催化剂代替均 相的亚铁盐与H202或02反应，它的优点在于能使固体催化剂在保证催化活性的同时容易分 离回收并能够重复利用，有效避免二次污染。这些现有技术研宄虽然在解决铁离子流失等 问题上做了大量的工作并取得了一定的成果，但是，其中很多催化氧化反应仍存在受pH值 影响、稳定性较差、对有机污染物吸附富集能力较差等不足，因而限制了该技术的应用和推 广。因此，如何设计新的非均相光/Fenton催化剂仍然是该领域的研宄方向。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种氧化石墨烯复合FeP04非均相可见光Fenton催化剂 及其制备方法，该制备方法简单方便，催化剂合成温度低，所制备的催化剂能在较宽的pH 范围（pH2. 18-10.40)内降解水中难降解有机物并且具有较好的催化稳定性。
[0005] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
[0006] -种氧化石墨稀复合FeP04非均相可见光Fenton催化剂，其特征在于，所述催化 剂是由氧化石墨烯、NH4H2P0JPFe(NO3) 3 ? 9H20采用共沉淀的方法制备得到。
[0007] -种氧化石墨稀复合FeP04非均相可见光Fenton催化剂的制备方法，其特征在于 它包括如下步骤：
[0008] (1)将氧化石墨加入到水中，超声分散后，得到氧化石墨烯分散液；
[0009] (2)升温至70°C，在氧化石墨烯分散液中依次缓慢加入NH4H2P04和Fe(N03) 3 *9H20， 调节溶液的pH= 1. 5 ;
[0010] (3) 70°C搅拌lh后，取沉淀物并水洗至中性，将沉淀物置于60?80°C干燥，得到用 于非均相可见光/Fenton体系的催化剂（或称氧化石墨稀复合FeP04非均相可见光Fenton催化剂）。
[0011] 按上述方案，所述氧化石墨烯分散液的固液比为：每l〇〇ml水中分散有氧化石墨 稀 0? 05g?0? 2g。
[0012] 按上述方案，所述氧化石墨烯：順41切04疋6(吣3)3.91120 = 0.05?0.2:2.29: 5. 36〇
[0013] 本发明所述非均相可见光/Fenton体系固体催化剂的制备方法，除了应用于制 备氧化石墨烯复合FePOjh，还可以用于制备其它可见光活性的碳材料Fenton催化剂，如 FeP04/活性炭、FeP04/石墨稀可见光Fenton催化剂等。
[0014] 所制备的氧化石墨稀复合FeP04非均相可见光Fenton催化剂的光催化性能通过 可见光催化降解有机染料罗丹明B(RhB)进行表征。实验过程如下：以300W镝灯模拟可见 光光源，用400nm的滤光片保证可见光的照射（A>400nm);实验时量取10mg/L的RhB溶液 100mL置于烧杯中，在无光的搅拌状态下加入氧化石墨稀复合FeP04催化剂0.lg，持续搅拌 20min，使催化剂在溶液中分散均匀；然后将烧杯转移至经预热且光强稳定的反应器中，并 向烧杯中迅速加入3%的H202溶液lmL，开始计时，隔一定时间取样，在554nm处测定溶液的 吸光度。该催化剂在反应结束后，可直接通过简单静置进行分离回收，回收后的催化剂可继 续循环使用。
[0015] 本发明的有益效果：
[0016] (1)制备方法简单方便，催化剂合成温度低（60-80°C)，能在较宽的pH范围（pH 2. 18?10. 40)内降解水中难降解的有机物并具有较好的催化稳定性，有效克服了传统的 均相Fenton系统pH范围较窄的不足；
[0017] (2)将？#04与具有高吸附性能的氧化石墨烯复合，增加了催化剂的光响应范围和 吸附性能，从而有效提高了催化降解反应的速率，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】
[0018] 图1为不同含量的氧化石墨烯与FeP04复合的催化剂的XRD图。
[0019] 图2为不同含量的氧化石墨烯与？#04复合的催化剂的紫外可见漫反射图谱，其 中a为FeP04,b为 2. 5G0-FeP04,c为 5G0-FeP04,d为 10G0-FeP04。
[0020] 图3为不同含量的氧化石墨稀与？6?04复合的催化剂对RhB的可见光Fenton催 化降解效果图。
[0021] 图4为氧化石墨稀复合？6?04催化剂在可见光Fenton体系中对光催化降解RhB的 循环使用次数效果对比图。
[0022] 图5为不同的溶液初始pH值下氧化石墨稀复合？6?04催化剂在可见光Fenton体 系中对RhB的脱色率。
【具体实施方式】
[0023] 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。
[0024] 实施例1
[0025] -种氧化石墨稀复合FeP04非均相可见光Fenton催化剂，其制备方法包括如下步 骤：
[0026] (1)称取0.05g、0.lg、0.2g氧化石墨分别加入到3份100mL水中，各自超声分散 lh，得到3份氧化石墨烯分散液；
[0027] (2)升温至 70°C，分别依次缓慢加入 2. 29gNH4H2P04和 5. 36gFe(NO3) 3 ? 9H20,调 节pH=L5 ;
[0028] (3)70°C搅拌lh后，取沉淀物水洗至中性，沉淀物于80°C干燥，得到用于非均相可 见光/Fenton体系的催化剂（2. 5G0-FeP04、5G0-FeP04、10G0-FeP04) 〇
[0029] 不同含量的氧化石墨烯复合FeP04非均相Fenton催化剂（5G0-FeP04、10G0-FeP04) 的XRD图谱如图1所示。氧化石墨（001)衍射峰出现在2 0 = 10. 67°，对应的晶格间距 为0.83A,, ?#04在复合物中以无形貌形态存在，将单纯的FePO4样品在800°C焙烧4小时 后，FeP04W非晶态转变为结晶态（JCPDS:84-876)。从图中可以看出，氧化石墨烯负载量为 〇. 2g的复合物（10G0-FeP04)的XRD图谱中出现了一个弱的氧化石墨衍射峰（001)，表明氧 化石墨烯和？#04成功复合，而负载量为0. 05g(2. 5G0-FeP04)和负载量为0.lg(5G0-FeP04) 的复合物中因为氧化石墨含量太少而没有出现氧化石墨的特征峰。
[0030] 不同含量的氧化石墨稀复合FeP04非均相Fenton催化剂（2. 5G0-FeP0 4、 5G0-FeP04、10G0-FeP04)的紫外可见漫反射图谱如图2所示。随着氧化石墨烯在复合物中 的含量增加，复合物的吸收边带红移现象越明显，说明氧化石墨烯对复合物的光吸收性能 有很大的促进作用。
[0031] 该催化剂在降解RhB的实验中，投加量为1. 0g/L，RhB初始浓度为10mg/L，H202浓 度为10mmol/L，照射光的波长A>400nm，120min不同含量的氧化石墨稀复合FeP04催化剂 对RhB的降解效果如图3所示，随着氧化石墨烯在复合物中含量的增加，复合物对RhB的吸 附和降解性能都逐渐增强。出于降解效率和成本的考虑，后续均采用5604#04样品作为 最优样品进行实验。
[0032] 图4为实施例1所获得的催化剂（5