一种β-羟基氧化铁负载氧化石墨烯催化剂的制备方法及应用
【专利摘要】本发明公开了一种β?羟基氧化铁负载氧化石墨烯催化剂的制备方法及应用，其制备方法是将氧化石墨烯分散于水中，超声得到氧化石墨烯均匀分散液，然后将三氯化铁加入到上述氧化石墨烯分散液中，恒温水浴加热后，β?羟基氧化铁负载到氧化石墨烯表面，产物经离心、洗涤、烘干，得到纳米β?羟基氧化铁负载氧化石墨烯催化剂；将该催化剂和过氧化氢投加到一定浓度的染料水体中，在可见光照条件下，染料色度去除，生物毒性降低，水质得到净化。本发明无二次污染，反应生成的中间产物生物毒性明显降低；反应条件温和，在可见光条件下即可进行，工艺流程操作简单，催化剂制备原料易得，反应后的固相催化剂易于分离，在水污染处理领域具有良好的应用前景。
【专利说明】
一种β-羟基氧化铁负载氧化石墨烯催化剂的制备方法及应用
技术领域
[0001]本发明涉及染料废水水体处理技术，尤其涉及β-羟基氧化铁负载氧化石墨烯的制备方法及其在染料可见光催化中的应用。具体地说，涉及一种去除水体中染料色度并使其矿化、降低其生物毒性的催化剂。
【背景技术】
[0002]染料废水，作为一种典型的废水污染源，由于色度大，盐度高，难降解和生物毒性严重，已经成为一个亟待解决的环境问题。纺织、造纸等工业企业是染料废水的主要来源。染料向水环境中大量排放，不仅影响美观，还会对许多生物造成毒性，威胁生物健康。亚甲基蓝作为一种阳离子染料，广泛应用于纺织印染等工业中。
[0003]目前有关去除水体中染料的处理技术非常广泛，其中高级氧化技术是消除水体中染料污染物的非常有前景的技术之一，同时，采用光催化氧化法利用太阳能处理染料废水是当前水处理技术发展的一个方向。近年来，文献报道了利用紫外光催化降解水体中染料分子的研究，但是，紫外光仅占太阳光的3%_5%，而可见光约占太阳光的43%，因此，限制了太阳光催化的应用范围，因此，可见光催化降解水体污染物的研究更具有现实意义。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是针对现有技术的不足，而提供的一种β_羟基氧化铁负载石氧化墨烯催化剂的制备方法及应用，所制备的光催化剂具有广泛的可见光响应特征和优异的可见光光催化降解水体中染料污染物的性能。催化过程不产生二次污染，降低污染物生物毒性。
[0005]本发明的目的是这样实现的:
一种羟基氧化铁负载氧化石墨烯催化剂的制备方法，该方法包括以下具体步骤:
(1)将氧化石墨烯溶于水溶液中，搅拌均匀，得到氧化石墨烯均匀分散液;氧化石墨烯与水溶液的质量体积比为(50-200 )mg:(40-160 )mL;
(2)将FeCl3.6H20加入到步骤(I)得到的氧化石墨烯分散液中；FeCl3.6H20与氧化石墨烯的质量比为(10-100):1;
(3)将步骤(2)获得的溶液超声30-150min，在50-100°C水浴加热条件下搅拌反应3-
10h；
(4)将步骤(3)的溶液冷却至室温，离心分离后，用去离子水洗涤3-10次至上清液澄清，30-90 "€烘箱干燥8-20h，研磨为粉末，得到所述β-轻基氧化铁负载氧化石墨稀催化剂。
[0006]—种上述负载β_轻基氧化铁的氧化石墨稀催化剂在染料可见光催化中的应用，特点是:将羟基氧化铁负载氧化石墨烯催化剂投入到含有浓度为20-80 mg/L染料的水体内，黑暗条件下吸附30min，达到吸附平衡后，向反应液中加入过氧化氢，同时，水体正上方16-20cm处设置可见光灯(10W齒妈灯)，室温条件下磁力搅拌器搅拌，转速100-500rpm，构成光助非均相“芬顿(Fenton)”处理体系，在180min内使染料脱色达到97.62%，染料的生物毒性显著降低，净化水质;其中，β-羟基氧化铁负载氧化石墨烯催化剂与过氧化氢的质量浓度和摩尔浓度比为(0.l_l)mg/L: (0.5_5)mmol/L。
[0007]本发明具有下列优点和效果:
(Ι)β-羟基氧化铁负载氧化石墨烯催化剂与过氧化氢以及可见光构成的非均相光催化体系操作简单，三者通过协同作用，对水体中染料具有很高的去除效果并能够消除其生物毒性，降解过程不产生二次污染，固相催化剂易于分离回收再利用，出水水质色度易于达标。
[0008](2)工艺流程简单，降解过程在可见光下即可进行。
[0009](3)催化剂制备方法简便易行，原料广泛易得，成本低，有很好的应用前景。
【附图说明】
[0010]
图1为本发明制备的β-羟基氧化铁负载氧化石墨烯催化剂的扫描电镜图；
图2为本发明制备的β_羟基氧化铁负载氧化石墨烯催化剂的X射线衍射图；
图3为本发明制备的β_羟基氧化铁负载氧化石墨烯催化剂针对亚甲基蓝的光催化降解曲线图。
【具体实施方式】
[0011]下面结合实例对本发明所述催化剂的制备及其在处理染料废水中的应用进行详细说明。
[0012]实施例1
β-羟基氧化铁负载氧化石墨烯催化剂采用简单的水解法制成。称取0.1g氧化石墨烯溶于80mL水溶液中，搅拌均勾，得到氧化石墨稀分散液。然后称取1.1g FeCb.6H2O溶于上述氧化石墨烯分散液中，将混合溶液超声60min，90 V水浴加热条件下搅拌反应6h，冷却至室温，离心并用去离子水以及乙醇洗涤5遍，70°C烘箱干燥12h，研磨为粉末，即得到β-羟基氧化铁负载氧化石墨烯催化剂。催化剂置于聚乙烯瓶中备用。
[0013]实施例2
β-羟基氧化铁负载氧化石墨烯催化剂采用简单的水解法制成。称取0.1g氧化石墨烯溶于SOmL水溶液中，搅拌均匀，得到氧化石墨烯分散液。然后称取2.2g FeCl3.6H20溶于上述氧化石墨烯分散液中，将混合溶液超声SOmin，90 V水浴加热条件下搅拌反应6h，冷却至室温，离心并用去离子水以及乙醇洗涤5遍，80°C烘箱干燥12h，研磨为粉末，即得到β-羟基氧化铁负载的氧化石墨烯催化剂。制备的羟基氧化铁负载氧化石墨烯催化剂的形貌通过扫描电镜表征，参见附图1，β_羟基氧化铁呈纺锤状，均匀地负载在氧化石墨烯薄片上。羟基氧化铁负载氧化石墨烯催化剂的晶体结构用X射线衍射仪表征，参见附图2，该催化剂衍射峰形尖锐，强度强，说明其具有良好的结晶度。
[0014]实施例3
β-羟基氧化铁负载氧化石墨烯催化剂采用简单的水热法制成。称取0.1g氧化石墨烯溶于10mL水溶液中，搅拌均匀，得到氧化石墨烯分散液。然后称取4.4g FeCl3.6H20溶于上述氧化石墨烯分散液中，将混合溶液超声60min，90 V水浴加热条件下搅拌反应8h，冷却至室温，离心并用去离子水以及乙醇洗涤5遍，90°C烘箱干燥12h，研磨为粉末，即得到β-羟基氧化铁负载的氧化石墨烯催化剂。催化剂置于聚乙烯瓶中备用。
[0015]实施例4
羟基氧化铁负载氧化石墨烯催化剂在染料可见光催化中的应用选取亚甲基蓝作为目标有毒有害染料污染物，模拟受染料污染的水体。亚甲基蓝的浓度为40mg/L，反应液体积为0.4L，将0.1g β_轻基氧化铁负载氧化石墨稀的催化剂(质量浓度为0.25g/L)投加到0.4L反应液中，黑暗条件下吸附30min ；然后加入摩尔浓度为1.1mmol/L的过氧化氢，同时打开置于反应器皿正上方16cm的可见光灯(100W卤钨灯)，磁力搅拌器搅拌，180min后亚甲基蓝的脱色率达到97.62%。
[0016](I)操作条件
亚甲基蓝质量浓度:40mg/L;催化剂质量浓度:0.25g/L;反应液体积:0.4L;反应器皿直径:15cm；
过氧化氢摩尔浓度:1.lmmol/L;光照强度(液面中心位置):6.3mff/cm2 ；
搅拌器搅拌速度:200rpm;反应温度:20 °C。
[0017](2)实验结果
亚甲基蓝降解，参阅附图3，亚甲基蓝在30min时达到吸附平衡，脱色为50.12%，加入过氧化氢及打开可见灯后，ISOmin后亚甲基蓝的脱色率达到97.62%，染料色度基本去除。
【主权项】
1.一种β-羟基氧化铁负载氧化石墨烯催化剂的制备方法，其特征在于该方法包括以下具体步骤: (1)将氧化石墨烯溶于水溶液中，搅拌均匀，得到氧化石墨烯均匀分散液;氧化石墨烯与水溶液的质量体积比为(50-200 )mg:(40-160 )mL; (2)将FeCl3.6H20加入到步骤(I)得到的氧化石墨烯分散液中；FeCl3.6H20与氧化石墨烯的质量比为(10-100):1; (3)将步骤(2)获得的溶液超声30-150min，在50-100°C水浴加热条件下搅拌反应3-10h； (4)将步骤(3)的溶液冷却至室温，离心分离后，用去离子水洗涤3-10次至上清液澄清，30-90 "€烘箱干燥8-20h，研磨为粉末，得到所述β-轻基氧化铁负载氧化石墨稀催化剂。2.—种权利要求1所述负载β_羟基氧化铁负载氧化石墨烯催化剂在染料可见光催化中的应用，其特征在于:将羟基氧化铁负载氧化石墨烯催化剂投入到含有浓度为20-80 mg/L染料的水体内，黑暗条件下吸附30min，达到吸附平衡后，向反应液中加入过氧化氢，同时，水体正上方16_20cm处设置可见光灯，使水体液面中心位置光强度达到5_15mW/ cm2，室温条件下磁力搅拌，转速100-500rpm，在180min内使染料脱色达到97.62%，净化水质；其中，0-羟基氧化铁负载氧化石墨烯催化剂与过氧化氢的质量浓度和摩尔浓度比为(0.l-l)mg/L:(0.5-5)mmol/Lo
【文档编号】C02F1/30GK105921151SQ201610276574
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年4月29日
【发明人】赵雅萍, 刘玉洋, 徐斌, 吕佳欣, 付丹丹, 范云芳
【申请人】华东师范大学