CN103508545A - 石墨烯/MnO2纳米复合物催化过氧化氢降解亚甲基蓝的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种催化活性高、降解速率快、降解率高、节省能量的石墨烯/MnO2纳米复合物催化过氧化氢降解亚甲基蓝的方法，按照如下步骤进行：取浓度为25~100mg/L的亚甲基蓝水溶液，加入石墨烯/MnO2复合物和过氧化氢，在25~50℃进行催化氧化反应，所述石墨烯/MnO2复合物中MnO2质量百分比为77~91%，石墨烯/MnO2复合物与亚甲基蓝水溶液的用量比为0.2g/L，所述过氧化氢的质量浓度为30%，过氧化氢与亚甲基蓝水溶液的用量比200ml/L。
Description
技术领域
本发明涉及一种降解亚甲基蓝的方法，尤其是一种催化活性高、降解速率快、降解率高、降低成本的石墨烯/MnO2纳米复合物催化过氧化氢降解亚甲基蓝的方法。
背景技术
染料废水是水体污染的主要污染源之一，其中亚甲基蓝染料废水作为典型代表，具有色度高、难降解等缺点。现有降解亚甲基蓝染料废水主要方法有光催化、微生物降解、物理吸附、Fenton法等方法，其中Fenton试剂运用Fe2+催化过氧化氢产生自由基，从而促使亚甲基蓝分解。也有文献报道了以MnO2作为催化剂催化过氧化氢降解染料的方法，然而MnO2较差的导电性和稳定性，以及在制备过程中的团聚现象都大大限制了其催化性能，因此存在着催化活性低、降解速率慢的问题。如张等人制备的MnO2纳米棒，和过氧化氢共同作用，对亚甲基蓝的最佳催化效果是反应15 min降解率达到 95%，反应120min降解率达到97%，反应条件是催化剂用量25 mg；85ml亚甲基蓝浓度37 mg/L；30%过氧化氢用量：15 ml（Catal Commun 2006, 7 (6), 408-412）。催化剂用量多导致成本高，而且降解率并不能达到100%，残余的亚甲基蓝会对环境造成严重的污染。
目前，已有制备石墨烯/MnO2纳米复合物及用于制作超级电容电极的相关报道，主要方法是采用Hummers法制备的氧化石墨为石墨烯的原料，以制备氧化石墨原料中的锰离子为锰源，实现了石墨烯/MnO2纳米复合物的制备。基本流程是以鳞片石墨为原料，加入浓硫酸、高锰酸钾、双氧水和水制成氧化石墨原液，制成氧化石墨/MnO2复合物；最后加入葡萄糖还原生成石墨烯/MnO2纳米复合物。其中上述第二步中将氧化石墨原液静置后得上清液，通过调整上清液和相应的高锰酸钾的加入量，即可控制石墨烯/MnO2纳米复合物中MnO2的含量。
发明内容
本发明是为了解决现有技术所存在的催化活性低、降解速率慢等问题，提供一种催化活性高、降解速率快、降解率高、降低成本的石墨烯/MnO2纳米复合物催化过氧化氢降解亚甲基蓝的方法。
本发明的技术解决方案是：一种石墨烯/MnO2纳米复合物催化过氧化氢降解亚甲基蓝的方法，其特征在于按如下步骤进行：取浓度为25~100 mg/L的亚甲基蓝水溶液，加入石墨烯/MnO2复合物和过氧化氢，在25~50 ℃进行催化氧化反应，所述石墨烯/MnO2复合物中MnO2质量百分比为77~91%，石墨烯/MnO2复合物与亚甲基蓝水溶液的用量比为0.2 g/L，所述过氧化氢的质量浓度为30%，过氧化氢与亚甲基蓝水溶液的用量比200 ml/L。
本发明是石墨烯/MnO2纳米复合物为催化剂催化过氧化氢降解亚甲基蓝。由于石墨烯能够避免MnO2的团聚，同时MnO2粒子又可有效防止石墨烯的堆叠，所以石墨烯/MnO2具有稳定性好、导电性能高、MnO2粒子小、分散好等优点，催化反应过程中，石墨烯可提高亚甲基蓝在催化剂表面的富集，单分散且粒径小的MnO2有效提高了过氧化氢分解以产生具有催化活性的自由基，从而使亚甲基蓝与自由基在石墨烯表面拥有更多相互作用的机会，因此表现出超快的降解速率和极高的降解效果，在反应温度为25~50 ℃，1 h内对亚甲基蓝的降解率均可达到100%，当达到最佳反应条件时，5 min的降解率就可达到100%，而且催化剂用量少（10mg/50ml），可降低成本。
附图说明
图1为本发明实施例1催化过氧化氢降解亚甲基蓝染料的紫外可见（UV-vis）光谱图。
图2为本发明实施例1催化过氧化氢降解亚甲基蓝过程中时间与降解率的曲线图。
图3为本发明实施例2催化过氧化氢降解亚甲基蓝染料的紫外可见（UV-vis）光谱图。
图4为本发明实施例2催化过氧化氢降解亚甲基蓝过程中时间与降解率的曲线图。
图5为本发明实施例3催化过氧化氢降解亚甲基蓝染料的紫外可见（UV-vis）光谱图。
图6为本发明实施例3催化过氧化氢降解亚甲基蓝过程中时间与降解率的曲线图。
具体实施方式
实施例1：
按照现有技术的方法制备石墨烯/MnO2纳米复合物，在第二步中通过调整氧化石墨原液中上清液的量，控制石墨烯/MnO2纳米复合物中MnO2的含量，使MnO2质量百分比为91%，即为目标催化剂。取50 ml浓度为50 mg/L的亚甲基蓝水溶液，加入10 mg目标催化剂和10 ml质量浓度为30%的过氧化氢，在50 ℃进行催化氧化反应。
催化过氧化氢降解亚甲基蓝染料的紫外可见（UV-vis）光谱图如图1所示，催化过氧化氢降解亚甲基蓝过程中时间与降解率的曲线图如图2所示。结果表明本发明实施例1反应5 min后，亚甲基蓝染料的降解率即达到100%，实验证明实例1为最佳反应条件。
实施例2：
按照现有技术的方法制备石墨烯/MnO2纳米复合物，通过调整氧化石墨原液中上清液和相应的高锰酸钾的加入量，控制石墨烯/MnO2纳米复合物中MnO2的含量，使MnO2质量百分比为77%，即为目标催化剂。取50ml浓度为25mg/L的亚甲基蓝水溶液，加入10 mg目标催化剂和10ml质量浓度为30%的过氧化氢，在25℃进行催化氧化反应。
催化过氧化氢降解亚甲基蓝染料的紫外可见（UV-vis）光谱图如图3所示，催化过氧化氢降解亚甲基蓝过程中时间与降解率的曲线图如图4所示。结果表明本发明实施例2反应5 min，亚甲基蓝染料的降解率即达到60%，反应60 min，亚甲基蓝染料的降解率即达到100%。
实施例3：
按照现有技术的方法制备石墨烯/MnO2纳米复合物，通过调整氧化石墨原液中上清液和相应的高锰酸钾的加入量，控制石墨烯/MnO2纳米复合物中MnO2的含量，使MnO2质量百分比为85%，即为目标催化剂。取50ml浓度为100mg/L的亚甲基蓝水溶液，加入10 mg目标催化剂和10ml质量浓度为30%的过氧化氢，在40℃进行催化氧化反应。
催化过氧化氢降解亚甲基蓝染料的紫外可见（UV-vis）光谱图如图5所示，催化过氧化氢降解亚甲基蓝过程中时间与降解率的曲线图如图6所示。结果表明本发明实施例3反应5 min，亚甲基蓝染料的降解率即达到85%，反应30 min，亚甲基蓝染料的降解率即达到100%。
本发明实施例1~3表明，在反应温度为25~50 ℃，反应1 h内对亚甲基蓝的降解率均可达到100%。
Claims (1)
1.一种石墨烯/MnO2纳米复合物催化过氧化氢降解亚甲基蓝的方法，其特征在于按如下步骤进行：取浓度为25~100 mg/L的亚甲基蓝水溶液，加入石墨烯/MnO2复合物和过氧化氢，在25~50 ℃进行催化氧化反应，所述石墨烯/MnO2复合物中MnO2质量百分比为77~91%，石墨烯/MnO2复合物与亚甲基蓝水溶液的用量比为0.2 g/L，所述过氧化氢的质量浓度为30%，过氧化氢与亚甲基蓝水溶液的用量比200 ml/L。
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