用于降解偶氮染料的铁基非晶/氧化石墨烯复合材料的制作方法

本发明属于环境功能材料技术领域，涉及一种铁基非晶/氧化石墨烯复合材料及其制备方法，以及其在降解偶氮染料中的应用。

背景技术：

根据污水的成分、性质以及处理指标不同，降解废水中偶氮染料的方法可分为物理法和生物法等。工业上降解偶氮污水中所用铁基非晶合金对污染物降解的所使用的都是条带。目前国内应用非晶合金进行污染物降解的研究还处于起步阶段。边秀房课题组除了关注于将铁基非晶合金用于芬顿氧化外，大部分的研究均研究非晶合金作为零价金属去直接还原降解偶氮染料([1]linb,etal.applicationoffe-basedmetallicglassesinwastewatertreatment.matersciengb-adv,2012,177(1):92-95.；[2]wangp,etal.catalyticoxidationofphenolinwastewater-anewapplicationoftheamorphousfe78si9b13alloy.chinesescibull,2012,57(1):33-40.；[3]yangjf,etal.rapidorganismdegradationfunctionoffe-basedalloysinhighconcentrationwastewater.jnon-crystalsolids.2012,358(18-19):2571-2574.)。张海峰课题组发现通过单辊旋淬法制备得到的fe-mo-si-b以及fe-si-b非晶合金条带具有超过同成分晶态合金条带的降解效率，但是条带制备复杂，且反应时间较长，降解率相对低([4]zhangcq,etal.decolorizationofazodyesolutionbyfe-mo-si-bamorphousalloy.jnon-crystsolids,2010,356(33–34):1703-1706.；[5]zhangcq,etal.onthedecolorizationpropertyoffe-mo-si-balloyswithdifferentstructures.jnon-crystsolids,2012,358(1):61-64.；[6]zhangcq,etal.rapidreductivedegradationofazodyesbyauniquestructureofamorphousalloys.chinesescibull,2011,56(36):3988-3992.；[7]zhangc,etal.rapiddecolorizationofacidorangeiiaqueoussolutionbyamorphouszero-valentiron.jenvironsci-china,2012,24(6):1021-1026.)。

零价铁材料降解偶氮染料因成本低廉、操作简单在工业生产中受到极大的关注，最常使用的有零价铁粉和铁基非晶粉。其中铁粉在污水处理中存在明显缺陷，铁粉的易腐蚀性会导致其降解速率快速衰退并且氧化的铁粉还可能对溶液造成二次污染。铁基非晶因其亚稳态具有更高的活性，对偶氮染料的降解具有更加良好的效果。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于降解偶氮染料的铁基非晶/氧化石墨烯复合材料的制备方法。

实现上述目的的技术方案如下：

用于降解偶氮染料的铁基非晶/氧化石墨烯复合材料的制备方法，具体步骤如下：

将氧化石墨烯超声分散在水中，得到氧化石墨烯分散液，按氧化石墨烯与铁基非晶合金粉末的质量比为(0.1～2):100，加入铁基非晶合金粉末，混合均匀，得到铁基非晶/氧化石墨烯复合材料。

优选地，所述的氧化石墨烯的浓度为0.1～2mg/ml。

所述的铁基非晶合金可以是fe76si9b10p5非晶粉末，fe83.3si4b8p4cu0.7非晶条带，fe73.3co10si4b8p4cu0.7非晶条带，fe79.3co4si4b8p4cu0.7非晶条带。

本发明进一步提供上述制备方法制得的铁基非晶/氧化石墨烯复合材料。

更进一步地，本发明还提供上述铁基非晶/氧化石墨烯复合材料在降解偶氮染料中的应用，具体应用方法为：将铁基非晶/氧化石墨烯复合材料加入到偶氮染料废水中，搅拌进行降解吸附。

铁基非晶材料具有零价铁使偶氮染料褪色的功能，氧化石墨烯一方面具有高的比表面积和官能团，将氧化石墨烯与铁基非晶混合，铁基非晶分散在氧化石墨烯中，使得铁基非晶与偶氮染料接触更为充分。另一方面，氧化石墨烯在偶氮染料溶液中能够促进铁基非晶粉的活性，偶氮染料的降解速率增快。

与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：

(1)本发明的铁基非晶/氧化石墨烯复合材料制备方法简单、成本低，制备得到的铁基非晶/氧化石墨烯复合材料能够有效处理偶氮染料废水；

(2)本发明的铁基非晶/氧化石墨烯复合材料，对50ml偶氮染料废水，25分钟内甲基橙的降解率达99.8％，直接蓝6溶液的降解率为99.2％，降解效果优异，在偶氮染料降解领域具有广泛的应用前景。

附图说明

图1为fe76si9b10p5非晶粉(a)，铁粉(b)，铁基非晶/氧化石墨烯复合材料(c)和氧化石墨烯(d)的sem图。

图2为铁基非晶/氧化石墨烯复合材料降解甲基橙(a)和直接蓝6(b)的紫外光谱图。

图3是铁基非晶/氧化石墨烯复合材料、非晶粉、铁粉降解偶氮染料的紫外光谱图拟合图。

图4为不同质量比的氧化石墨烯和fe76si9b10p5非晶合金粉末复合得到的铁基非晶/氧化石墨烯复合材料，降解偶氮染料甲基橙、直接蓝6的紫外光谱图拟合图。

图5为对比例制得的铁基非晶/氧化石墨烯复合材料降解偶氮染料的紫外光谱图拟合图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步详述。

实施例1

将氧化石墨烯超声分散在水中，得到2mg/ml的氧化石墨烯分散液。按氧化石墨烯与fe76si9b10p5非晶粉末的质量比为0.2:100，将气体雾化法得到的fe76si9b10p5非晶合金粉末与分散后的氧化石墨烯混合，得到铁基非晶/氧化石墨烯复合材料。

图1为fe76si9b10p5非晶粉(a)，铁粉(b)，铁基非晶/氧化石墨烯复合材料(c)和氧化石墨烯(d)的sem图，可以看出分散后的氧化石墨烯附着在fe76si9b10p5粉末上，分散后的氧化石墨烯为片层状。

将制得的铁基非晶/氧化石墨烯复合粉(ampowders+go)置于偶氮染料中进行褪色处理，偶氮染料选择50mg/l甲基橙(mo)和50mg/l直接蓝6(db6)，同时与同等质量的铁粉(fepowders)和铁基非晶粉(ampowders)进行对比。

图2为相同条件下铁基非晶/氧化石墨烯复合材料降解甲基橙和50mg/l直接蓝6的紫外光谱图。

图3是铁基非晶/氧化石墨烯复合材料、非晶粉、铁粉降解偶氮染料的紫外光谱图拟合图。图中，在相同的条件下，铁基非晶/氧化石墨烯复合材料降解mo所需时间仅为25分钟，且降解率能达到99.8％；fe76si9b10p5非晶粉所需时间为55分钟，降解率为96.4％；只添加铁粉时，降解1小时后，降解率仅为49.8％。铁基非晶/氧化石墨烯复合材料降解db6所需时间仅为15分钟，且降解率能达到99.2％；fe76si9b10p5非晶粉降解db6所需时间为25分钟，降解率为99.12％。只添加铁粉时，降解db6时间为35分钟，降解为96.4％，以上结果表明铁基非晶/氧化石墨烯复合材料粉的降解速率和降解率最高。

实施例2

将氧化石墨烯超声分散在水中，得到2mg/ml的氧化石墨烯分散液。分别按氧化石墨烯与fe76si9b10p5非晶粉末的质量比为0.1:100，0.6:100，1:100，2:100，将气体雾化法得到的fe76si9b10p5非晶合金粉末与分散后的氧化石墨烯混合，得到不同质量比的铁基非晶/氧化石墨烯复合材料。

将不同质量比的铁基非晶/氧化石墨烯复合粉(ampowders+go)置于偶氮染料中进行褪色处理，偶氮染料选择50mg/l甲基橙(mo)和50mg/l直接蓝6(db6)。

图4为不同质量比的氧化石墨烯和fe76si9b10p5非晶合金粉末复合得到的铁基非晶/氧化石墨烯复合材料，降解偶氮染料甲基橙、直接蓝6的紫外光谱图拟合图。从图中可以看出，在相同条件下降解甲基橙时，铁基非晶/氧化石墨烯的质量比为0.1:100，降解时间为25分钟，降解率为99.8％；铁基非晶/氧化石墨烯的质量比为0.6:100，降解时间为40分钟，降解率为96％；铁基非晶/氧化石墨烯的质量比为1:100，降解时间为50分钟，降解率为92％；铁基非晶/氧化石墨烯的质量比为2:100，降解时间为60分钟，降解率为92％。降解直接蓝6时，铁基非晶/氧化石墨烯的质量比为0.1:100，降解时间为15分钟，降解率为99.2％；铁基非晶/氧化石墨烯的质量比为0.6:100，降解时间为30分钟，降解率为95％；铁基非晶/氧化石墨烯的质量比为1:100，降解时间为40分钟，降解率为93％；铁基非晶/氧化石墨烯的质量比为2:100，降解时间为50分钟，降解率为92％。

对比例1

将氧化石墨烯超声分散在水中，得到2mg/ml的氧化石墨烯分散液。按氧化石墨烯与fe76si9b10p5非晶粉末的质量比为0.04:100，将气体雾化法得到的fe76si9b10p5非晶合金粉末与分散后的氧化石墨烯混合，得到铁基非晶/氧化石墨烯复合材料。

将制得的铁基非晶/氧化石墨烯复合粉(ampowders+go)置于偶氮染料中进行褪色处理，偶氮染料选择50mg/l甲基橙(mo)和50mg/l直接蓝6(db6)；

图5为对比例制得的铁基非晶/氧化石墨烯复合材料降解偶氮染料的紫外光谱图拟合图。从图中可以看出，氧化石墨烯与fe76si9b10p5非晶粉末的质量比为0.04:100制得的铁基非晶/氧化石墨烯复合材料降解甲基橙所需时间为60分钟，但是降解率仅为59.6％；降解直接蓝6所需时间为35分钟，且降解率仅能达到86.1％。通过对比例可知，虽然复合材料中起降解作用的主要为铁基非晶，但是在复合材料中，并不是铁基非晶的占比越多，其降解效率越高，氧化石墨烯与铁基非晶的质量比为(0.1～2):100时，降解效果最为优异。