CN108160076A - 一种磁性石墨烯基Fen+非均相催化剂制备方法及其应用 - Google Patents
一种磁性石墨烯基Fen+非均相催化剂制备方法及其应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108160076A CN108160076A CN201711289053.XA CN201711289053A CN108160076A CN 108160076 A CN108160076 A CN 108160076A CN 201711289053 A CN201711289053 A CN 201711289053A CN 108160076 A CN108160076 A CN 108160076A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- magnetic
- heterogeneous catalysis
- alkenyl
- graphite
- graphite alkenyl
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 76
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 57
- 239000010439 graphite Substances 0.000 title claims abstract description 57
- 238000007210 heterogeneous catalysis Methods 0.000 title claims abstract description 45
- 125000003342 alkenyl group Chemical group 0.000 title claims abstract description 33
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 20
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 60
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 claims abstract description 34
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 claims abstract description 28
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 claims abstract description 25
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims abstract description 24
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims abstract description 22
- 229910001868 water Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 claims abstract description 20
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 18
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- -1 iron ion Chemical class 0.000 claims abstract description 15
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical compound [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims abstract description 13
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims abstract description 12
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 11
- 229910001448 ferrous ion Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000000975 co-precipitation Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 5
- 229910021642 ultra pure water Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 239000012498 ultrapure water Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000012901 Milli-Q water Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 13
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 claims description 8
- 238000004064 recycling Methods 0.000 claims description 8
- 239000006148 magnetic separator Substances 0.000 claims description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 4
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 4
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 claims description 3
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 2
- 239000004575 stone Substances 0.000 claims 1
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 9
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 3
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000000746 purification Methods 0.000 abstract description 2
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 abstract 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 abstract 1
- RBTBFTRPCNLSDE-UHFFFAOYSA-N 3,7-bis(dimethylamino)phenothiazin-5-ium Chemical compound C1=CC(N(C)C)=CC2=[S+]C3=CC(N(C)C)=CC=C3N=C21 RBTBFTRPCNLSDE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 26
- 229960000907 methylthioninium chloride Drugs 0.000 description 26
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 14
- 239000000047 product Substances 0.000 description 7
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 5
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 4
- 239000012028 Fenton's reagent Substances 0.000 description 3
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 3
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 3
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 2
- 235000013399 edible fruits Nutrition 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 125000000325 methylidene group Chemical group [H]C([H])=* 0.000 description 2
- 238000010525 oxidative degradation reaction Methods 0.000 description 2
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 2
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 2
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241001062009 Indigofera Species 0.000 description 1
- 229910021578 Iron(III) chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 1
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 1
- 238000009303 advanced oxidation process reaction Methods 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 239000000987 azo dye Substances 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 239000002815 homogeneous catalyst Substances 0.000 description 1
- 239000010842 industrial wastewater Substances 0.000 description 1
- RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K iron trichloride Chemical compound Cl[Fe](Cl)Cl RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- BAUYGSIQEAFULO-UHFFFAOYSA-L iron(2+) sulfate (anhydrous) Chemical compound [Fe+2].[O-]S([O-])(=O)=O BAUYGSIQEAFULO-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910000359 iron(II) sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005389 magnetism Effects 0.000 description 1
- 229910052603 melanterite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005374 membrane filtration Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000010815 organic waste Substances 0.000 description 1
- 230000033116 oxidation-reduction process Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000002957 persistent organic pollutant Substances 0.000 description 1
- 150000002989 phenols Chemical class 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 150000003254 radicals Chemical class 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000005067 remediation Methods 0.000 description 1
- 239000011949 solid catalyst Substances 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- 239000003643 water by type Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
- B01J23/74—Iron group metals
- B01J23/745—Iron
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
- B01J35/33—Electric or magnetic properties
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/60—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
- B01J35/61—Surface area
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/72—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation
- C02F1/722—Oxidation by peroxides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/72—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation
- C02F1/725—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation by catalytic oxidation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/30—Organic compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/30—Organic compounds
- C02F2101/36—Organic compounds containing halogen
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/30—Organic compounds
- C02F2101/38—Organic compounds containing nitrogen
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/30—Organic compounds
- C02F2101/40—Organic compounds containing sulfur
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2305/00—Use of specific compounds during water treatment
- C02F2305/02—Specific form of oxidant
- C02F2305/026—Fenton's reagent
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明属于催化剂新材料技术和环境净化技术领域，涉及一种磁性石墨烯基Fen+非均相催化剂制备方法及其应用。其制备方法包括：S1、石墨氧化后，加入到超纯水中，超声分散剥离，得到氧化石墨烯水溶液；S2、向所述S1中得到的氧化石墨烯水溶液加入亚铁离子和铁离子的混合溶液，搅拌，经过化学共沉淀反应后得到S2产物；所述亚铁离子和铁离子的混合溶液为FeSO4·7H2O和FeCl3·6H2O的混合溶液；S3、将所述S2中得到的S2产物进行分离沉淀，超纯水洗涤至中性，得到磁性石墨烯基Fen+非均相催化剂。该方法制得的催化剂且具有良好的磁分离特性和稳定的催化活性，为处理难降解有机废水提供了广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于催化剂新材料和环境净化技术领域，具体涉及一种磁性石墨烯基Fen+非均相催化剂制备方法及其应用。
背景技术
工业废水，如染料废水、制药废水、酚类废水，这些废水成分复杂，难降解且有毒有害污染物多，稳定性高且不易氧化降解。水体中残余污染物的毒性可能导致水生态系统的破坏，对动物和人类健康亦具有一定危害性，传统的水处理方法难以彻底处理。因此，废水中难降解有机污染物的处理/深度去除已成为环境修复领域的研究热点之一。
高级氧化技术(AOPs)是去除难降解有毒有害有机物的有效方法，其中研究最深入的Fenton反应利用Fe2+催化 H2O2产生具有强氧化性的羟基自由基(·OH)和过氧自由基(·O2H)。强氧化性的羟基自由基几乎可以无选择性地将有机物彻底矿化为CO2和H2O或者氧化为易生物降解产物。有研究表明Fenton反应产生羟基自由基氧化对偶氮染料具有良好的矿化效果。但是Fenton氧化有以下局限：反应pH范围窄，在pH 2～4介质中反应才能彻底进行；Fe2+投加量大，投加后会增大处理后废水的色度；Fe2+流失严重，当体系 pH升高后反应产生铁泥，回收困难，容易造成二次污染。
非均相Fenton试剂具有高的催化H2O2活性、较低的铁损失、更加宽广的pH适用范围以及良好的稳定性等特点，克服了均相Fenton试剂存在的缺点；但是非均相Fenton催化剂存在粒径小且不易分离、回收率低的缺陷限制了其广泛应用。此外，非均相Fenton反应是固体催化剂表面化学吸附有机物和表面活性组分(亚铁离子等)催化H2O2分解产生自由基(·OH)氧化有机物的过程。
新型二维碳材料石墨烯，除了具有巨大的比表面积、高化学稳定性外，还具有良好的吸附性能和优异的电学特性。有研究表明石墨烯可以作为有机污染物的吸附和电荷传输的平台，它不仅起到了重要的吸附作用，还能有效抑制电荷的复合，从而产生更高的吸附效果。因此，若能将亚铁离子负载在其上面，使其具有良好的催化氧化性能。加之其磁特性易于分离，具有广阔的应用前景。
发明内容
针对现有技术中的上述问题，本发明提供了一种磁性石墨烯基Fen+非均相催化剂制备方法及其应用，开发了一种成本低廉、比表面积大、具有pH响应宽、高效且易分离的可用于催化降解水中难降解有机物的磁性石墨烯基Fen+非均相催化剂制备方法及其应用。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种磁性石墨烯基Fen+非均相催化剂的制备方法，其所述催化剂由氧化石墨烯基体及负载在氧化石墨烯基体上的磁性催化活性组分构成，其制备方法包括：
S1、石墨氧化后，加入到超纯水中，超声分散剥离，得到氧化石墨烯水溶液；
S2、向所述S1中得到的氧化石墨烯水溶液加入亚铁离子和铁离子的混合溶液，搅拌，经过化学共沉淀反应后得到S2 产物；所述亚铁离子和铁离子的混合溶液为FeSO4·7H2O和 FeCl3·6H2O的混合溶液；
S3、将所述S2中得到的S2产物进行分离沉淀，超纯水洗涤至中性，得到磁性石墨烯基Fen+非均相催化剂。
进一步的，所述磁性催化活性组分为Fen+/铁氧化物。
进一步的，所述S1中包括：
S11、将石墨粉将石墨粉氧化为氧化石墨；
S12、将所述S11中得到的氧化石墨经过超声剥离为氧化石墨烯。
依据所述磁性石墨烯基Fen+非均相催化剂的制备方法制备的磁性石墨烯基Fen+非均相催化剂的应用，所述磁性石墨烯基Fen+非均相催化剂和H2O2同时存在下与难降解有机废水进行催化降解反应。
进一步的，进行催化降解反应时，当难降解有机废水为 50mg/L～500mg/L时，所述磁性石墨烯基Fen+非均相催化剂与H2O2在废水中的用量比例为0.05～0.08g:9mL，所述 H2O2溶液中H2O2的质量百分数为30％，所述的反应体系的pH 范围为3～11。
进一步的，催化降解反应结束后所述磁性石墨烯基Fen+非均相催化剂可以通过磁分离器进行固液分离回收。
本发明所述的磁性石墨烯基Fen+非均相催化剂结合H2O2用于去除废水中的难降解有机物，其过程为首先将配制好的有机废水溶液调到一定的值，再将一定量的催化剂加入到一定浓度的有机废水溶液中，在一定温度下避光恒温振荡过夜，保持一定振荡速度，使其达到吸附饱和。然后，加入一定量的H2O2，作为催化反应的起点，催化剂与H2O2产生·OH和·O2H，染料分子在催化剂表面进行非均相Fenton反应氧化降解，从而使难降解有机废水得到净化。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例1的磁性石墨烯基Fen+非均相催化剂的扫描电镜示意图；
图2是本发明实施例4的磁性石墨烯基Fen+非均相催化剂在不同pH条件下对亚甲基蓝的催化降解效果影响图；
图3是本发明实施例1的磁性石墨烯基Fen+非均相催化剂对亚甲基蓝催化降解的循环使用次数效果对比图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例和附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。需要说明的是，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
以上所述实施例仅表达了本发明的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
本发明提出的技术方案为：
一种磁性石墨烯基Fen+非均相催化剂的制备方法，所述催化剂由氧化石墨烯基体及负载在氧化石墨烯基体上的磁性催化活性组分构成，其制备方法包括：
S1、石墨氧化后，加入到超纯水中，超声分散剥离，得到氧化石墨烯水溶液；
S2、向所述S1中得到的氧化石墨烯水溶液加入亚铁离子和铁离子的混合溶液，搅拌，经过化学共沉淀反应后得到S2 产物；所述亚铁离子和铁离子的混合溶液为FeSO4·7H2O和 FeCl3·6H2O的混合溶液；
S3、将所述S2中得到的S2产物进行分离沉淀，超纯水洗涤至中性，得到磁性石墨烯基Fen+非均相催化剂。
作为优选，所述磁性催化活性组分为Fen+/铁氧化物。
作为优选，所述S1中包括：
S11、将石墨粉将石墨粉氧化为氧化石墨；
S12、将所述S11中得到的氧化石墨经过超声剥离为氧化石墨烯。
作为优选，依据磁性石墨烯基Fen+非均相催化剂的制备方法制备的磁性石墨烯基Fen+非均相催化剂的应用，所述磁性石墨烯基Fen+非均相催化剂和H2O2同时存在下与难降解有机废水进行催化降解反应。
作为优选，进行催化降解反应时，当难降解有机废水为 50mg/L～500mg/L时，所述磁性石墨烯基Fen+非均相催化剂与H2O2在废水中的用量比例为0.05～0.08g:9mL，所述H2O2溶液中H2O2的质量百分数为30％，所述的反应体系的pH范围为3～11。
作为优选，催化降解反应结束后所述磁性石墨烯基Fen+ 非均相催化剂可以通过磁分离器进行固液分离回收。
为了更好地理解本发明，下面结合具体实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。
实施例1：
一种磁性石墨烯基Fen+非均相催化剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将12g石墨氧化后，加入到500mL超纯水中，超声分散剥离2h，得到氧化石墨烯水溶液；
(2)向500mL氧化石墨烯水溶液中快速加入 FeSO4·7H2O(6.95g)和FeCl3·6H2O(13.51g)200mL的混合溶液，搅拌1h，化学共沉淀反应后得到产物；
(3)将所得的产物，分离沉淀，用超纯水反复洗涤至中性，得到磁性石墨烯基Fen+非均相催化剂(MFGO)。
上述制得的磁性石墨烯基Fen+非均相催化剂外观呈黑色，将其置于扫描电镜和透射电镜下观察，其片层结构如图 1可以看出催化剂表面有很多褶皱，这些褶皱增大了比表面积，有利于增大吸附容量和磁性活性颗粒(Fen+/铁氧化物) 覆盖在表面上，提高催化活性位点，磁性催化活性组分已成功地负载到氧化石墨烯表面，分布相对均匀。
实施例2：
本发明方法制备得到的磁性石墨烯基Fen+非均相催化剂在不同体系的条件下去除模拟水中亚甲基蓝的应用：
取3组100mL初始浓度为100mg/L的亚甲基蓝(MB) 溶液，第1组加入H2O2，第2组加入实施例1制得的磁性石墨烯基Fen+非均相催化剂(MFGO)，第3组加入H2O2和实施例1制得的磁性石墨烯基Fen+非均相催化剂(MFGO)，该催化剂的用量为0.75g/L，H2O2的用量为0.79mol/L，在室温下(303K)避光恒温振荡，保持振荡速度为160rpm，反应120min后，取4mL反应液立即用0.45um滤膜过滤，滤液稀释至一定倍数，再利用紫外可见吸收光光度计在MB最大吸收波长665nm处测定其吸光度，从而得到MB的残余浓度。反应体系的pH值调为8。计算MB的降解率结果如表 1所示：
表1：不同体系对MB的降解效果数据
由表1可知，单独投加H2O2体系，由于H2O2的氧化还原电位较低，对MB的处理效果不明显；在H2O2+MFGO体系下该催化剂具有99.93％的降解率，H2O2+MFGO体系对MB 效果远高于它们单独投加时的效果；表明石墨烯与负载的磁性活性组分之间具有协同催化效应且催化活性高，而MB的降解主要是以非均相Fenton催化为主。
实施例3：
本发明方法制备得到的磁性石墨烯基Fen+非均相催化剂—H2O体系在不同MB初始浓度条件下对降解效果影响的应用：
取100mL初始浓度为50～500mg/L的亚甲基蓝(MB) 溶液，加入实施例1制得的磁性石墨烯基Fen+非均相催化剂，该催化剂的用量为0.75g/L，在室温下(303K)避光恒温振荡过夜，保持振荡速度为160rpm，使其达到吸附饱和。然后加入0.79mol/L H2O2，作为催化反应的起点，反应120 min。实验中溶液的pH值调节为8.0。计算MB的降解率结果如表2所示：
表2：MB初始浓度对降解的影响数据
由表1可知，在MB初始浓度为100.59mg/L的条件下，反应120min后该催化剂(MFGO)对MB的降解率为99.90％，说明MFGO对MB具有较好的催化降解效果，在实际难降解有机废水的处理/深度治理方面有着较高的实际应用潜力。
实施例4：
本发明方法制备得到的磁性石墨烯基Fen+非均相催化剂—H2O体系在不同pH条件下去除模拟水中亚甲基蓝的应用：
实验过程中用0.1～1mol/L的NaOH或HCl(可忽略体积) 将催化反应体系的pH值调节为3，6，8，11。其他步骤与实施例3相同。
图2为实施例4所获得的催化剂(MFGO)在不同溶液pH 值下对MB降解的影响，结果表明该催化剂在较宽的pH范围 (3～11)内对MB具有较好的催化降解效果，弥补了传统Fenton试剂的固有缺陷。
实施例5：
本发明方法制备得到的磁性石墨烯基Fen+非均相催化剂—H2O体系去除模拟水中亚甲基蓝的重复使用：
实验在室温，MB初始浓度为100mg/L，MFGO浓度为0.75 g/L，H2O2浓度为0.79mol/L，pH＝8的条件下，反应120min，考察MFGO催化氧化亚甲基蓝的活性和稳定性。在每次循环之前将上一循环的MFGO用磁铁将MFGO催化剂分离出来，按照前面的步骤，加入等量H2O2和回收的MFGO进行下一个循环反应。
图3为实施例1所获得的催化剂(MFGO)催化降解MB的循环实验降解效果对比图，结果表明该非均相催化剂在6次循环实验后的MB降解率仍高达95％以上，显示了MFGO良好的磁分离特性和稳定的催化活性，可回收循环利用。
上述应用中，所述催化降解反应完成后可以用磁分离器进行固液分离，回收再利用。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：本发明的方法中使用的磁性石墨烯基Fen+非均相催化剂，其原料来源广泛，价格低廉，且制备工艺操作简单、容易实施。本发明制备得到的磁性石墨烯基Fen+非均相催化剂与H2O2的协同下，能在较宽的pH范围(3～11)内高效催化降解水中的有机污染物，具有稳定的催化活性和良好的磁分离特性，并可以通过磁分离器分离回收和再循环利用，降低成本，为处理难降解有机废水提供了广阔的应用前景。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种磁性石墨烯基Fen+非均相催化剂的制备方法，其特征在于，所述催化剂由氧化石墨烯基体及负载在Fen+氧化石墨烯基体上的磁性催化活性组分构成，其制备方法包括：
S1、石墨氧化后，加入到超纯水中，超声分散剥离，得到氧化石墨烯水溶液；
S2、向所述S1中得到的氧化石墨烯水溶液加入亚铁离子和铁离子的混合溶液，搅拌，经过化学共沉淀反应后得到S2产物；所述亚铁离子和铁离子的混合溶液为FeSO4·7H2O和FeCl3·6H2O的混合溶液；
S3、将所述S2中得到的S2产物进行分离沉淀，超纯水洗涤至中性，得到磁性石墨烯基Fen +非均相催化剂。
2.根据权利要求1所述的磁性石墨烯基Fen+非均相催化剂的制备方法，其特征在于，所述磁性催化活性组分为Fen+/铁氧化物。
3.根据权利要求2所述的磁性石墨烯基Fen+非均相催化剂的制备方法，其特征在于，所述S1中包括：
S11、将石墨粉将石墨粉氧化为氧化石墨；
S12、将所述S11中得到的氧化石墨经过超声剥离为氧化石墨烯。
4.根据权利要求1所述的磁性石墨烯基Fen+非均相催化剂的制备方法制备的磁性石墨烯基Fen+非均相催化剂的应用，其特征在于，所述磁性石墨烯基Fen+非均相催化剂和H2O2同时存在下与难降解有机废水进行催化降解反应。
5.根据权利要求4所述的磁性石墨烯基Fen+非均相催化剂的应用，其特征在于，进行催化降解反应时，当难降解有机废水为50mg/L～500mg/L时，所述磁性石墨烯基Fen+非均相催化剂与H2O2在废水中的用量比例为0.05～0.08g:9mL，所述H2O2溶液中H2O2的质量百分数为30％，所述的反应体系的pH范围为3～11。
6.根据权利要求5所述的磁性石墨烯基Fen+非均相催化剂的应用，其特征在于，催化降解反应结束后所述磁性石墨烯基Fen+非均相催化剂可以通过磁分离器进行固液分离回收。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711289053.XA CN108160076A (zh) | 2017-12-07 | 2017-12-07 | 一种磁性石墨烯基Fen+非均相催化剂制备方法及其应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711289053.XA CN108160076A (zh) | 2017-12-07 | 2017-12-07 | 一种磁性石墨烯基Fen+非均相催化剂制备方法及其应用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108160076A true CN108160076A (zh) | 2018-06-15 |
Family
ID=62524685
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201711289053.XA Pending CN108160076A (zh) | 2017-12-07 | 2017-12-07 | 一种磁性石墨烯基Fen+非均相催化剂制备方法及其应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108160076A (zh) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109534479A (zh) * | 2018-12-10 | 2019-03-29 | 中南大学 | 一种非均相芬顿催化剂催化活性再激活的方法和应用 |
| CN109879482A (zh) * | 2019-04-10 | 2019-06-14 | 华东交通大学 | 一种高效磁性石墨烯催化处理焦化废水的方法 |
| CN110947369A (zh) * | 2019-11-30 | 2020-04-03 | 河南永泽环境科技有限公司 | 一种微藻基磁性石墨烯和生物炭的制备方法及应用 |
| CN111724954A (zh) * | 2020-02-07 | 2020-09-29 | 宴晶科技(北京)有限公司 | 一种氧化石墨烯磁珠、抗体偶联氧化石墨烯磁珠及其制备方法和在细胞分选中的应用 |
| CN112691537A (zh) * | 2020-12-09 | 2021-04-23 | 南京理工大学北方研究院 | 一种锅炉烟气脱硫脱硝的方法 |
| WO2022073350A1 (zh) * | 2021-05-21 | 2022-04-14 | 广东省科学院测试分析研究所(中国广州分析测试中心) | 一种基于磁性氧化石墨烯催化粒子电极三维电芬顿降解水中抗病毒药物残留的方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104437494A (zh) * | 2014-12-08 | 2015-03-25 | 华东理工大学 | 一种石墨烯包覆四氧化三铁微球的类Fenton催化剂及其制备方法和应用 |
| CN106238053A (zh) * | 2016-07-06 | 2016-12-21 | 华南理工大学 | 一种光芬顿催化剂Fe3O4/rGO/TiO2及其制备方法和应用 |
| CN106268854A (zh) * | 2016-07-15 | 2017-01-04 | 清华大学 | 还原性氧化石墨烯负载纳米Fe3O4/Mn3O4复合材料及其制备和应用 |
| CN106669677A (zh) * | 2017-01-05 | 2017-05-17 | 中国科学院新疆理化技术研究所 | 以石墨烯为载体的磁性铁基非均相类芬顿催化剂的制备方法及应用 |
-
2017
- 2017-12-07 CN CN201711289053.XA patent/CN108160076A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104437494A (zh) * | 2014-12-08 | 2015-03-25 | 华东理工大学 | 一种石墨烯包覆四氧化三铁微球的类Fenton催化剂及其制备方法和应用 |
| CN106238053A (zh) * | 2016-07-06 | 2016-12-21 | 华南理工大学 | 一种光芬顿催化剂Fe3O4/rGO/TiO2及其制备方法和应用 |
| CN106268854A (zh) * | 2016-07-15 | 2017-01-04 | 清华大学 | 还原性氧化石墨烯负载纳米Fe3O4/Mn3O4复合材料及其制备和应用 |
| CN106669677A (zh) * | 2017-01-05 | 2017-05-17 | 中国科学院新疆理化技术研究所 | 以石墨烯为载体的磁性铁基非均相类芬顿催化剂的制备方法及应用 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 王瑞珏等: "四氧化三铁－石墨烯复合芬顿催化剂用于染料脱色的研究", 《西南民族大学学报（自然科学版）》 * |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109534479A (zh) * | 2018-12-10 | 2019-03-29 | 中南大学 | 一种非均相芬顿催化剂催化活性再激活的方法和应用 |
| CN109879482A (zh) * | 2019-04-10 | 2019-06-14 | 华东交通大学 | 一种高效磁性石墨烯催化处理焦化废水的方法 |
| CN110947369A (zh) * | 2019-11-30 | 2020-04-03 | 河南永泽环境科技有限公司 | 一种微藻基磁性石墨烯和生物炭的制备方法及应用 |
| CN111724954A (zh) * | 2020-02-07 | 2020-09-29 | 宴晶科技(北京)有限公司 | 一种氧化石墨烯磁珠、抗体偶联氧化石墨烯磁珠及其制备方法和在细胞分选中的应用 |
| CN111724954B (zh) * | 2020-02-07 | 2023-01-20 | 宴晶科技(北京)有限公司 | 一种氧化石墨烯磁珠、抗体偶联氧化石墨烯磁珠及其在细胞分选中的应用 |
| CN112691537A (zh) * | 2020-12-09 | 2021-04-23 | 南京理工大学北方研究院 | 一种锅炉烟气脱硫脱硝的方法 |
| WO2022073350A1 (zh) * | 2021-05-21 | 2022-04-14 | 广东省科学院测试分析研究所(中国广州分析测试中心) | 一种基于磁性氧化石墨烯催化粒子电极三维电芬顿降解水中抗病毒药物残留的方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108160076A (zh) | 一种磁性石墨烯基Fen+非均相催化剂制备方法及其应用 | |
| Kang et al. | Advanced oxidation and adsorptive bubble separation of dyes using MnO2-coated Fe3O4 nanocomposite | |
| Qin et al. | Degradation of sulfamethazine by biochar-supported bimetallic oxide/persulfate system in natural water: performance and reaction mechanism | |
| Ghanbari et al. | Heterogeneous activation of peroxymonosulfate via nanocomposite CeO2-Fe3O4 for organic pollutants removal: The effect of UV and US irradiation and application for real wastewater | |
| Xu et al. | Use of iron oxide nanomaterials in wastewater treatment: a review | |
| Zeng et al. | Naphthalene degradation in aqueous solution by Fe (II) activated persulfate coupled with citric acid | |
| CN102000573B (zh) | 一种改性活性炭及其应用 | |
| Karimipourfard et al. | Heterogeneous degradation of stabilized landfill leachate using persulfate activation by CuFe2O4 nanocatalyst: an experimental investigation | |
| Karimipourfard et al. | Novel heterogeneous degradation of mature landfill leachate using persulfate and magnetic CuFe2O4/RGO nanocatalyst | |
| CN103934034A (zh) | 负载型铁基金属有机骨架异相Fenton催化剂的制备方法及其应用 | |
| Li et al. | Innovatively employing magnetic CuO nanosheet to activate peroxymonosulfate for the treatment of high-salinity organic wastewater | |
| Rahmani et al. | Degradation of Azo Dye Reactive Black 5 and acid orange 7 by Fenton-like mechanism | |
| CN102909073A (zh) | 一种非均相类芬顿催化剂的制备方法及其应用 | |
| Hung et al. | N-doped metal-free biochar activation of peroxymonosulfate for enhancing the degradation of antibiotics sulfadiazine from aquaculture water and its associated bacterial community composition | |
| CN108176403B (zh) | 一种活性炭纤维负载Co3O4催化材料的制备方法 | |
| Sibhatu et al. | Synthesis and process parametric effects on the photocatalyst efficiency of CuO nanostructures for decontamination of toxic heavy metal ions | |
| CN104437539B (zh) | 一种磁性oms-2催化剂及其降解有机污染物的应用 | |
| Ren et al. | Synthesis and characterization of saponin‐modified Fe3O4 nanoparticles as heterogeneous Fenton‐catalyst with enhanced degradation of p‐nitrophenol | |
| CN105797728A (zh) | 一种磁性纳米CuxO-Fe2O3臭氧催化剂的制备方法及其应用 | |
| Le et al. | Preparation of manganese dioxide nanoparticles on laterite for methylene blue degradation | |
| Zhao et al. | In situ anchor of magnetic Fe 3 O 4 nanoparticles onto natural maifanite as efficient heterogeneous Fenton-like catalyst | |
| CN107626325B (zh) | 镍掺杂铁酸锰包覆硅酸镁复合催化剂及其制备方法和应用 | |
| Eslami et al. | Removal of reactive dyes from textile wastewater using sonochemical process: effective parameters study | |
| Ai et al. | Effective removal of 2, 4, 6-trichlorophenol by FeSx/talc composite under microwave | |
| Hu et al. | Photo-assisted degradation of Rhodamine B by a heterogeneous Fenton–like process: performance and kinetics |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20180615 |