CN111617805A - 光Fenton催化剂、其制备方法、其应用及水处理剂 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于水处理技术领域，提供了一种光Fenton催化剂、其制备方法、其应用及水处理剂，该光Fenton催化剂的制备方法包括以下步骤：以三价铁盐为铁源，以均苯三甲酸为有机配体，将三价铁盐、均苯三甲酸与氮掺杂碳量子点进行混合反应后，得到所述光Fenton催化剂。本发明通过采用氮掺杂碳量子点与莱瓦希尔骨架材料进行复合，得到的光Fenton催化剂可以促进Fe(Ⅲ)/Fe(Ⅱ)氧化还原对的有效循环，提高了光催化量子效率，从而进一步提高了对废水中有机污染物降解效率。另外，该光Fenton催化剂具有稳定的机械性能，其结构不易被破坏，同时也具有稳定的催化能力，以及可重复使用。

Description

光Fenton催化剂、其制备方法、其应用及水处理剂
技术领域
本发明属于水处理技术领域，尤其涉及一种光Fenton催化剂、其制备方法、其应用及水处理剂。
背景技术
在全世界范围内由纺织、印染、造纸等工业产生的废水是一个普遍而重要的污染问题，这些工业排放的废水之中包含了各种各样的染料。染料具有很强的毒性，多种染料也会对人体产生致癌作用，若不经处理直接排放到环境中会对生态系构成严重的威胁。目前，有机染料废水的处理方法有化学法、物理法和生物法。化学法，如氧化降解处理有机染料废水存在处理效果一般、化学药剂消耗量大等问题，易造成资源的浪费；物理法，如采用物理吸附处理有机染料废水，但吸附剂需要进行回收和脱附再生处理，若操作不当易造成二次污染；生物法难以处理有机染料废水，因有机染料废水色度深、有机污染物含量高、成分复杂和生物毒性大，所以很难生物降解。因此，一种高效的新型的方法从工业废水中去除有机染料污染物是十分必要的。
近年来，高级氧化技术(Advanced Oxidation Processes，AOPs)是处理难降解有机废染料水的有效方法之一。其中，光Fenton法在是一种绿色高效的水处理技术，在有机染料废水处理方向的研究前景广阔。
金属有机骨架化合物(Metal organic Frameworks，MOFs)是一类由有机多配位配体连结金属离子节点或团簇形成的有机－无机杂化多孔性晶体材料。MOFs材料的光催化性能是近几年较为热门的研究领域之一，相当一部分的MOFs材料表现出了类半导体的特性。当MOFs接受的光子能量等于或高于其本身的带隙宽度时，MOFs受光激发，光生电子从最高占据分子轨道(Highest Occupied Molecular Orbital，HOMO)跃迁最低未占据分子轨道(Lowest Unoccupied Molecular Orbital，LUMO)，在HOMO上留下空穴。MIL系列MOFs：主要由MO4(OH)2(M：Cr3+，Al3+，Fe3+)八面体次级结构单元与羧酸类有机配体(如，对苯二甲酸，H2bdc；均苯三甲酸，H3btc)相互桥联形成的具有三维孔道结构的MOFs。其中，MIL-100(Fe)的导带由Fe的空d金属轨道与有机体的LUMO混合形成的，在紫外-可见光的照射下，莱瓦希尔骨架材料(Materials of Institute Lavoisier Frameworks，MIL)MIL-100(Fe)价带上电子被激发至导带，Fe(Ⅲ)通过光还原过程生成Fe(Ⅱ)，再引入H2O2通过芬顿反应产生羟基自由基来实现有机物的降解。
虽然，MIL-100(Fe)作为光Fenton催化剂在处理染料废水中已有一定的效果，但其仍然存在降解效果一般、循环使用效果较差等问题。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种光Fenton催化剂的制备方法，旨在解决背景技术中提出的问题。
本发明实施例是这样实现的，一种光Fenton催化剂的制备方法，包括以下步骤：
以三价铁盐为铁源，以均苯三甲酸为有机配体，将三价铁盐、均苯三甲酸与氮掺杂碳量子点进行混合反应后，得到所述光Fenton催化剂；所述均苯三甲酸与三价铁盐中铁的摩尔比为1:(0.6～1.2)；所述均苯三甲酸与氮掺杂碳量子点的质量比为1:(0.3～0.7)。
作为本发明实施例的一个优选方案，所述均苯三甲酸与三价铁盐中铁的摩尔比为1:(0.8～1)。
作为本发明实施例的另一个优选方案，所述均苯三甲酸与氮掺杂碳量子点的质量比为1:(0.4～0.6)。
作为本发明实施例的另一个优选方案，所述三价铁盐为Fe(NO3)3·9H2O、Fe Cl3·6H2O、Fe2(SO4)3中的至少一种。
作为本发明实施例的另一个优选方案，所述氮掺杂碳量子点的制备方法包括以下步骤：
将尿素和柠檬酸置于去离子水中进行搅拌混合，得到混合液；
将混合液进行微波加热后，再进行烘干和研磨处理，得到粉料；
将粉料分散于去离子水中后，再依次进行透析、烘干和研磨处理，得到所述氮掺杂碳量子点。
作为本发明实施例的另一个优选方案，所述以三价铁盐为铁源，以均苯三甲酸为有机配体，将三价铁盐、均苯三甲酸与氮掺杂碳量子点进行混合反应后，得到所述光Fenton催化剂的步骤，具体包括：
将均苯三甲酸溶解于NaOH溶液中，得到溶液A；
将三价铁盐溶解于去离子水中，得到溶液B；
将氮掺杂碳量子点分散于去离子水中，得到溶液C；
将溶液A和溶液C同时滴入到溶液B中，并进行搅拌，得到反应液；
将反应液进行离心、洗涤、烘干和研磨处理后，得到所述光Fenton催化剂。
本发明实施例的另一目的在于提供一种上述制备方法得到的光Fenton催化剂。
作为本发明实施例的另一个优选方案，所述光Fenton催化剂为氮掺杂碳量子点掺杂的莱瓦希尔骨架材料，其光催化降解亚甲基蓝的降解率不低于97.4％。
本发明实施例的另一目的在于提供一种上述的光Fenton催化剂在降解有机污染物中的应用。
本发明实施例的另一目的在于提供一种水处理剂，其包含上述的光Fenton催化剂。
本发明实施例提供的一种光Fenton催化剂的制备方法，通过采用氮掺杂碳量子点(Nitrogen doped carbon quantum dots，N-CQDs)与莱瓦希尔骨架材料(MIL-100(Fe))进行复合，可以得到一种新型高效且成本低廉的光Fenton催化剂N-CQDs/MIL-100(Fe)；该光Fenton催化剂相对于MIL-100(Fe)，可以促进Fe(Ⅲ)/Fe(Ⅱ)氧化还原对的有效循环，提高了光催化量子效率，从而进一步提高了对废水中有机污染物降解效率。另外，该光Fenton催化剂具有稳定的机械性能，其结构不易被破坏，同时也具有稳定的催化能力，以及可重复使用。
其中，N-CQDs是近年新兴的一种荧光碳纳米材料，因具优良的光敏性、光诱导电子转移能力以及光致发光效应等特性赋予了其在光催化领域杰出的应用潜力；N-CQDs与MIL-100(Fe)复合后，N-CQDs的三嗪环结构的π电子云与Fe(Ⅲ)3d轨道电子云交盖，形成d-π共轭体系，在紫外可见光照射下，光生电子将三价铁还原为二价铁，有效地促进了Fe(Ⅲ)/Fe(Ⅱ)氧化还原对的有效循环，提高了光催化量子效率和光Fenton反应降解水中有机污染物效率。
附图说明
图1为本发明实施例提供的光Fenton催化剂对亚甲基蓝的降解过程示意图。
图2为本发明实施例1得到的光Fenton催化剂以及对照组1～2对亚甲基蓝的降解曲线图。
图3为本发明实施例1得到的光Fenton催化剂以及对照组1～2对亚甲基蓝降解过程中，亚甲基蓝溶液中总有机碳浓度的变化曲线图。
图4为本发明实施例1得到的光Fenton催化剂进行回收利用时对亚甲基蓝的去除率的变化图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
该实施例提供了一种光Fenton催化剂的制备方法，其包括以下步骤：
S1、将质量比为1:5的尿素和一水合柠檬酸置于30mL的去离子水中进行搅拌混合，得到混合液；接着，将混合液置于微波炉中，以900W的微波进行微波加热，得到黄黑色粘稠液体，并将黄黑色粘稠液体置于烘箱中进行烘干后，再进行研磨处理，得到粉料；然后，将粉料分散于去离子水中后，再用200D透析膜进行透析，透析后放入烘箱中进行烘干，最后经研磨处理，得到氮掺杂碳量子点，备用。
S2、称取1.15g的NaOH溶于去离子水中，得到NaOH溶液；接着，以均苯三甲酸为有机配体，将1.592g的均苯三甲酸少量多次添加到NaOH溶液中进行溶解，得到溶液A，备用。
S3、以三价铁盐为铁源，将1.636g的FeCl3·6H2O溶解于去离子水中，得到溶液B，备用。
S4、将0.796g上述得到的氮掺杂碳量子点分散于去离子水中，得到溶液C，备用。
S5、将上述溶液A和溶液C用滴定管同时缓慢地滴入到溶液B中，并用磁力搅拌器搅拌使其均匀混合，同时生成橘黄色沉淀，滴定结束后，再持续对其搅拌12小时，得到反应液。
S6、将上述反应液用离心机进行离心，倒出上清液再加入去离子水洗涤后，再进行离心，接着再倒出上清液后加入无水乙醇洗涤后，再进行离心，交替洗涤离心3次，得到沉淀物；然后，将沉淀物置于130℃的烘箱中进行烘干后，再经研磨处理，即可得到固体粉末的光Fenton催化剂，记为N-CQDs/MIL-100(Fe)。
实施例2
该实施例提供了一种光Fenton催化剂的制备方法，其包括以下步骤：
S1、将质量比为1:5的尿素和一水合柠檬酸置于30mL的去离子水中进行搅拌混合，得到混合液；接着，将混合液置于微波炉中，以900W的微波进行微波加热，得到黄黑色粘稠液体，并将黄黑色粘稠液体置于烘箱中进行烘干后，再进行研磨处理，得到粉料；然后，将粉料分散于去离子水中后，再用200D透析膜进行透析，透析后放入烘箱中进行烘干，最后经研磨处理，得到氮掺杂碳量子点，备用。
S2、称取1.31g的NaOH溶于去离子水中，得到NaOH溶液；接着，以均苯三甲酸为有机配体，将1.267g的均苯三甲酸少量多次添加到NaOH溶液中进行溶解，得到溶液A，备用。
S3、以三价铁盐为铁源，将1.465g的FeCl3·6H2O溶解于去离子水中，得到溶液B，备用。
S4、将0.634g上述得到的氮掺杂碳量子点分散于去离子水中，得到溶液C，备用。
S5、将上述溶液A和溶液C用滴定管同时缓慢地滴入到溶液B中，并用磁力搅拌器搅拌使其均匀混合，同时生成橘黄色沉淀，滴定结束后，再持续对其搅拌12小时，得到反应液。
S6、将上述反应液用离心机进行离心，倒出上清液再加入去离子水洗涤后，再进行离心，接着再倒出上清液后加入无水乙醇洗涤后，再进行离心，交替洗涤离心3次，得到沉淀物；然后，将沉淀物置于130℃的烘箱中进行烘干后，再经研磨处理，即可得到固体粉末的光Fenton催化剂，记为N-CQDs/MIL-100(Fe)。
实施例3
该实施例提供了一种光Fenton催化剂的制备方法，其包括以下步骤：
S1、将质量比为1:5的尿素和一水合柠檬酸置于30mL的去离子水中进行搅拌混合，得到混合液；接着，将混合液置于微波炉中，以900W的微波进行微波加热，得到黄黑色粘稠液体，并将黄黑色粘稠液体置于烘箱中进行烘干后，再进行研磨处理，得到粉料；然后，将粉料分散于去离子水中后，再用200D透析膜进行透析，透析后放入烘箱中进行烘干，最后经研磨处理，得到氮掺杂碳量子点，备用。
S2、称取1.52g的NaOH溶于去离子水中，得到NaOH溶液；接着，以均苯三甲酸为有机配体，将1.627g的均苯三甲酸少量多次添加到NaOH溶液中进行溶解，得到溶液A，备用。
S3、以三价铁盐为铁源，将2.09g的FeCl3·6H2O溶解于去离子水中，得到溶液B，备用。
S4、将0.814g上述得到的氮掺杂碳量子点分散于去离子水中，得到溶液C，备用。
S5、将上述溶液A和溶液C用滴定管同时缓慢地滴入到溶液B中，并用磁力搅拌器搅拌使其均匀混合，同时生成橘黄色沉淀，滴定结束后，再持续对其搅拌12小时，得到反应液。
S6、将上述反应液用离心机进行离心，倒出上清液再加入去离子水洗涤后，再进行离心，接着再倒出上清液后加入无水乙醇洗涤后，再进行离心，交替洗涤离心3次，得到沉淀物；然后，将沉淀物置于130℃的烘箱中进行烘干后，再经研磨处理，即可得到固体粉末的光Fenton催化剂，记为N-CQDs/MIL-100(Fe)。
实施例4
该实施例提供了一种光Fenton催化剂的制备方法，其包括以下步骤：
S1、将质量比为1:5的尿素和一水合柠檬酸置于30mL的去离子水中进行搅拌混合，得到混合液；接着，将混合液置于微波炉中，以900W的微波进行微波加热，得到黄黑色粘稠液体，并将黄黑色粘稠液体置于烘箱中进行烘干后，再进行研磨处理，得到粉料；然后，将粉料分散于去离子水中后，再用200D透析膜进行透析，透析后放入烘箱中进行烘干，最后经研磨处理，得到氮掺杂碳量子点，备用。
S2、称取0.2g的NaOH溶于去离子水中，得到NaOH溶液；接着，以均苯三甲酸为有机配体，将0.21g的均苯三甲酸少量多次添加到NaOH溶液中进行溶解，得到溶液A，备用。
S3、以三价铁盐为铁源，将0.6mmol的Fe(NO3)3·9H2O溶解于去离子水中，得到溶液B，备用。
S4、将0.063g上述得到的氮掺杂碳量子点分散于去离子水中，得到溶液C，备用。
S5、将上述溶液A和溶液C用滴定管同时缓慢地滴入到溶液B中，并用磁力搅拌器搅拌使其均匀混合，同时生成橘黄色沉淀，滴定结束后，再持续对其搅拌14小时，得到反应液。
S6、将上述反应液用离心机进行离心，倒出上清液再加入去离子水洗涤后，再进行离心，接着再倒出上清液后加入无水乙醇洗涤后，再进行离心，交替洗涤离心3次，得到沉淀物；然后，将沉淀物置于120℃的烘箱中进行烘干后，再经研磨处理，即可得到固体粉末的光Fenton催化剂，记为N-CQDs/MIL-100(Fe)。
实施例5
该实施例提供了一种光Fenton催化剂的制备方法，其包括以下步骤：
S1、将质量比为1:5的尿素和一水合柠檬酸置于30mL的去离子水中进行搅拌混合，得到混合液；接着，将混合液置于微波炉中，以900W的微波进行微波加热，得到黄黑色粘稠液体，并将黄黑色粘稠液体置于烘箱中进行烘干后，再进行研磨处理，得到粉料；然后，将粉料分散于去离子水中后，再用200D透析膜进行透析，透析后放入烘箱中进行烘干，最后经研磨处理，得到氮掺杂碳量子点，备用。
S2、称取0.2g的NaOH溶于去离子水中，得到NaOH溶液；接着，以均苯三甲酸为有机配体，将0.21g的均苯三甲酸少量多次添加到NaOH溶液中进行溶解，得到溶液A，备用。
S3、以三价铁盐为铁源，将0.6mmol的FeCl3·6H2O和0.6mmol的Fe(NO3)3·9H2O溶解于去离子水中，得到溶液B，备用。
S4、将0.147g上述得到的氮掺杂碳量子点分散于去离子水中，得到溶液C，备用。
S5、将上述溶液A和溶液C用滴定管同时缓慢地滴入到溶液B中，并用磁力搅拌器搅拌使其均匀混合，同时生成橘黄色沉淀，滴定结束后，再持续对其搅拌14小时，得到反应液。
S6、将上述反应液用离心机进行离心，倒出上清液再加入去离子水洗涤后，再进行离心，接着再倒出上清液后加入无水乙醇洗涤后，再进行离心，交替洗涤离心3次，得到沉淀物；然后，将沉淀物置于150℃的烘箱中进行烘干后，再经研磨处理，即可得到固体粉末的光Fenton催化剂，记为N-CQDs/MIL-100(Fe)。
实施例6
该实施例提供了一种光Fenton催化剂的制备方法，其包括以下步骤：
S1、将质量比为1:5的尿素和一水合柠檬酸置于30mL的去离子水中进行搅拌混合，得到混合液；接着，将混合液置于微波炉中，以900W的微波进行微波加热，得到黄黑色粘稠液体，并将黄黑色粘稠液体置于烘箱中进行烘干后，再进行研磨处理，得到粉料；然后，将粉料分散于去离子水中后，再用200D透析膜进行透析，透析后放入烘箱中进行烘干，最后经研磨处理，得到氮掺杂碳量子点，备用。
S2、称取0.2g的NaOH溶于去离子水中，得到NaOH溶液；接着，以均苯三甲酸为有机配体，将0.21g的均苯三甲酸少量多次添加到NaOH溶液中进行溶解，得到溶液A，备用。
S3、以三价铁盐为铁源，将0.4mmol的Fe2(SO4)3溶解于去离子水中，得到溶液B，备用。
S4、将0.084g上述得到的氮掺杂碳量子点分散于去离子水中，得到溶液C，备用。
S5、将上述溶液A和溶液C用滴定管同时缓慢地滴入到溶液B中，并用磁力搅拌器搅拌使其均匀混合，同时生成橘黄色沉淀，滴定结束后，再持续对其搅拌15小时，得到反应液。
S6、将上述反应液用离心机进行离心，倒出上清液再加入去离子水洗涤后，再进行离心，接着再倒出上清液后加入无水乙醇洗涤后，再进行离心，交替洗涤离心3次，得到沉淀物；然后，将沉淀物置于150℃的烘箱中进行烘干后，再经研磨处理，即可得到固体粉末的光Fenton催化剂，记为N-CQDs/MIL-100(Fe)。
实施例7
该实施例提供了一种光Fenton催化剂的制备方法，其包括以下步骤：
S1、将质量比为1:5的尿素和一水合柠檬酸置于30mL的去离子水中进行搅拌混合，得到混合液；接着，将混合液置于微波炉中，以900W的微波进行微波加热，得到黄黑色粘稠液体，并将黄黑色粘稠液体置于烘箱中进行烘干后，再进行研磨处理，得到粉料；然后，将粉料分散于去离子水中后，再用200D透析膜进行透析，透析后放入烘箱中进行烘干，最后经研磨处理，得到氮掺杂碳量子点，备用。
S2、称取0.2g的NaOH溶于去离子水中，得到NaOH溶液；接着，以均苯三甲酸为有机配体，将0.21g的均苯三甲酸少量多次添加到NaOH溶液中进行溶解，得到溶液A，备用。
S3、以三价铁盐为铁源，将0.2mmol的Fe2(SO4)3、0.3mmol的FeCl3·6H2O和0.3mmol的Fe(NO3)3·9H2O溶解于去离子水中，得到溶液B，备用。
S4、将0.126g上述得到的氮掺杂碳量子点分散于去离子水中，得到溶液C，备用。
S5、将上述溶液A和溶液C用滴定管同时缓慢地滴入到溶液B中，并用磁力搅拌器搅拌使其均匀混合，同时生成橘黄色沉淀，滴定结束后，再持续对其搅拌13小时，得到反应液。
S6、将上述反应液用离心机进行离心，倒出上清液再加入去离子水洗涤后，再进行离心，接着再倒出上清液后加入无水乙醇洗涤后，再进行离心，交替洗涤离心3次，得到沉淀物；然后，将沉淀物置于150℃的烘箱中进行烘干后，再经研磨处理，即可得到固体粉末的光Fenton催化剂，记为N-CQDs/MIL-100(Fe)。
在本发明的另一个实施例中，还提供了一种水处理剂，其包含上述实施例1提供的光Fenton催化剂，该水处理剂可用于处理含有亚甲基蓝等染料的有机污染废水。需要说明的是，该水处理剂还可包含pH调节剂、絮凝剂、金属螯合剂等其他添加剂，但不限于此。
实验例：
将上述实施例1～3得到的光Fenton催化剂N-CQDs/MIL-100(Fe)分别进行光Fenton反应降解亚甲基蓝实验，具体的实验方法如下：
取浓度为10mg/L的亚甲基蓝(Methylene Blue，MB)溶液80mg放入100mL的小烧杯中，并加入100μL的H2O2和20mg上述实施例1或实施例2或实施例3得到的光Fenton催化剂N-CQDs/MIL-100(Fe)。同时，用磁力搅拌器搅拌并用500W的氙灯照射模拟日光，提供光源。每隔5分钟取一次样共反应20分钟。用紫外分光光度计测试每个样品的吸光度(λ＝664nm)。
经上述实验的检测，上述实施例1～3得到的光Fenton催化剂对亚甲基蓝的降解去除率如表1所示。其中，光Fenton催化剂对亚甲基蓝的降解过程如附图1所示。
表1
组别 亚甲基蓝的去除率/％
实施例1 97.8
实施例2 97.4
实施例3 98.1
从上表1可以看出，本发明实施例提供的光Fenton催化剂对亚甲基蓝具有较好的降解去除效果。
另外，保持降解实验基本操作步骤和条件不变，设置对照组，对降解效果进行比较；其中，对照组1的实验方法如下：
取浓度为10mg/L的亚甲基蓝(Methylene Blue，MB)溶液80mg放入100mL的小烧杯中，并加入100μL的H2O2和20mg的MIL-100(Fe)。同时，用磁力搅拌器搅拌并用500W的氙灯照射模拟日光，提供光源。每隔5分钟取一次样共反应20分钟。用紫外分光光度计测试每个样品的吸光度(λ＝664nm)。需要说明的是，MIL-100(Fe)的制备方法与实施例1的唯一区别在于：不添加有氮掺杂碳量子点。
对照组2的实验方法如下：
取浓度为10mg/L的亚甲基蓝(Methylene Blue，MB)溶液80mg放入100mL的小烧杯中，并加入100μL的H2O2。同时，用磁力搅拌器搅拌并用500W的氙灯照射模拟日光，提供光源。每隔5分钟取一次样共反应20分钟。用紫外分光光度计测试每个样品的吸光度(λ＝664nm)。
其中，上述实施例1得到的光Fenton催化剂N-CQDs/MIL-100(Fe)以及对照组1～2对亚甲基蓝的降解情况随时间的变化曲线如附图2所示。从图2中可以看出，实施例1得到的光Fenton催化剂对亚甲基蓝降解20min后，亚甲基蓝的去除率可达到97.8％；保持实验条件不变，用未掺杂的MIL-100(Fe)作为光催化剂对亚甲基蓝降解20min后，亚甲基蓝的去除率仅为86.3％；其表明，在相同实验条件下，使用本发明实施例得到的光Fenton催化剂光催化降解亚甲基蓝的去除率比使用未掺杂的MIL-100(Fe)光催化降解亚甲基蓝的去除率高了11.5％。
此外，保持相同降解条件不变，在上述光降解实验过程中，对MB溶液中的总有机碳(TOC)浓度进行了动态监测，其监测如附图3所示。从图3中可以看出，本发明实施例提供的光Fenton催化剂可有效对亚甲基蓝进行降解，其降解效果要明显优于现有未掺杂的MIL-100(Fe)。
另外，保持相同降解条件不变，使用上述实施例1得到的光Fenton催化剂N-CQDs/MIL-100(Fe)对亚甲基蓝进行降解20min后，再对使用后的光Fenton催化剂进行回收、洗净、烘干和研磨，反复回收利用5次，每次回收利用后对亚甲基蓝的去除率如附图4所示。从图4可以看出，本发明实施例提供的光Fenton催化剂进行多次重复使用后，仍然对亚甲基蓝具有较好的降解去除效果，其具有较好的稳定性和循环性。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，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。

Claims (10)

1.一种光Fenton催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
以三价铁盐为铁源，以均苯三甲酸为有机配体，将三价铁盐、均苯三甲酸与氮掺杂碳量子点进行混合反应后，得到所述光Fenton催化剂；所述均苯三甲酸与三价铁盐中铁的摩尔比为1:(0.6~1.2)；所述均苯三甲酸与氮掺杂碳量子点的质量比为1:(0.3~0.7)。
2.根据权利要求1所述的一种光Fenton催化剂的制备方法，其特征在于，所述均苯三甲酸与三价铁盐中铁的摩尔比为1:(0.8~1)。
3.根据权利要求1所述的一种光Fenton催化剂的制备方法，其特征在于，所述均苯三甲酸与氮掺杂碳量子点的质量比为1:(0.4~0.6)。
4.根据权利要求1所述的一种光Fenton催化剂的制备方法，其特征在于，所述三价铁盐为Fe(NO3)3·9H2O、FeCl3·6H2O、Fe2(SO4)3中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种光Fenton催化剂的制备方法，其特征在于，所述氮掺杂碳量子点的制备方法包括以下步骤：
将尿素和柠檬酸置于去离子水中进行搅拌混合，得到混合液；
将混合液进行微波加热后，再进行烘干和研磨处理，得到粉料；
将粉料分散于去离子水中后，再依次进行透析、烘干和研磨处理，得到所述氮掺杂碳量子点。
6.根据权利要求1所述的一种光Fenton催化剂的制备方法，其特征在于，所述以三价铁盐为铁源，以均苯三甲酸为有机配体，将三价铁盐、均苯三甲酸与氮掺杂碳量子点进行混合反应后，得到所述光Fenton催化剂的步骤，具体包括：
将均苯三甲酸溶解于NaOH溶液中，得到溶液A；
将三价铁盐溶解于去离子水中，得到溶液B；
将氮掺杂碳量子点分散于去离子水中，得到溶液C；
将溶液A和溶液C同时滴入到溶液B中，并进行搅拌，得到反应液；
将反应液进行离心、洗涤、烘干和研磨处理后，得到所述光Fenton催化剂。
7.一种如权利要求1~6中任一项所述制备方法得到的光Fenton催化剂。
8.根据权利要求7所述的一种光Fenton催化剂，其特征在于，所述光Fenton催化剂为氮掺杂碳量子点复合的莱瓦希尔骨架材料，其光催化降解亚甲基蓝的降解率不低于97.4%。
9.一种如权利要求7或8所述的光Fenton催化剂在降解有机污染物中的应用。
10.一种水处理剂，其特征在于，所述水处理剂中包含如权利要求7或8所述的光Fenton催化剂。
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112808313A (zh) * 2020-12-30 2021-05-18 陕西科技大学 一种氮掺杂碳量子点/金属有机框架材料mof-5光催化剂及其制备方法和应用
CN112844484A (zh) * 2021-01-22 2021-05-28 湖南大学 一种氮化硼量子点/多孔金属有机框架复合光催化材料及其制备方法和应用
CN113413921A (zh) * 2021-07-30 2021-09-21 陕西科技大学 一种zif-8型复合光催化剂及其制备方法
CN113428943A (zh) * 2021-06-28 2021-09-24 上海交通大学 一种类芬顿调理剂原位注入法地下水修复工艺
CN113996344A (zh) * 2020-07-28 2022-02-01 湖南大学 一种量子点改性的金属有机骨架光催化剂及其制备方法和应用
WO2022021051A1 (zh) * 2020-07-28 2022-02-03 湖南大学 一种量子点改性的金属有机骨架光催化剂及其制备方法和应用
CN115007150A (zh) * 2022-07-13 2022-09-06 蚌埠学院 一种以CTFs材料为载体的非均相类Fenton催化剂的制备方法

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104449693A (zh) * 2014-11-12 2015-03-25 南昌大学 氮硫掺杂的荧光碳量子点的制备方法
US20150218001A1 (en) * 2012-08-06 2015-08-06 Technical Institute of Physics and Chemisty of the Chinese Academy of Sciences Preparation method of heteroatom doped multifunctional carbon quantum dot and application thereof
CN107754861A (zh) * 2017-11-01 2018-03-06 中国科学院福建物质结构研究所 一种碳量子点/金属有机骨架催化剂的制备方法和应用
CN109046425A (zh) * 2018-08-13 2018-12-21 山东交通学院 一种MOF基衍生的复合光催化剂TiO2/g-C3N4的制备方法
CN109126893A (zh) * 2018-10-09 2019-01-04 华东师范大学 一种碳氧化钛-金属有机框架复合材料及制备方法和应用
CN109266340A (zh) * 2018-12-06 2019-01-25 钦州学院 一种氮掺杂碳量子点的制备方法及其应用
US20190079041A1 (en) * 2017-08-22 2019-03-14 Nutech Ventures Carbon nanostructure based gas sensors and method of making same
CN110280238A (zh) * 2019-07-27 2019-09-27 重庆工商大学 一种碳量子点@MIL-125-NH2/Pt光催化剂的制备方法及其应用
CN110694691A (zh) * 2019-11-04 2020-01-17 湘潭大学 一种光芬顿催化剂及制备方法与应用方法
CN111013664A (zh) * 2019-11-26 2020-04-17 燕山大学 一种复合光催化剂及其制备方法

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150218001A1 (en) * 2012-08-06 2015-08-06 Technical Institute of Physics and Chemisty of the Chinese Academy of Sciences Preparation method of heteroatom doped multifunctional carbon quantum dot and application thereof
CN104449693A (zh) * 2014-11-12 2015-03-25 南昌大学 氮硫掺杂的荧光碳量子点的制备方法
US20190079041A1 (en) * 2017-08-22 2019-03-14 Nutech Ventures Carbon nanostructure based gas sensors and method of making same
CN107754861A (zh) * 2017-11-01 2018-03-06 中国科学院福建物质结构研究所 一种碳量子点/金属有机骨架催化剂的制备方法和应用
CN109046425A (zh) * 2018-08-13 2018-12-21 山东交通学院 一种MOF基衍生的复合光催化剂TiO2/g-C3N4的制备方法
CN109126893A (zh) * 2018-10-09 2019-01-04 华东师范大学 一种碳氧化钛-金属有机框架复合材料及制备方法和应用
CN109266340A (zh) * 2018-12-06 2019-01-25 钦州学院 一种氮掺杂碳量子点的制备方法及其应用
CN110280238A (zh) * 2019-07-27 2019-09-27 重庆工商大学 一种碳量子点@MIL-125-NH2/Pt光催化剂的制备方法及其应用
CN110694691A (zh) * 2019-11-04 2020-01-17 湘潭大学 一种光芬顿催化剂及制备方法与应用方法
CN111013664A (zh) * 2019-11-26 2020-04-17 燕山大学 一种复合光催化剂及其制备方法

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
FERNANDO MARTINEZ ET.AL: "Sustainable Fe-BTC catalyst for e fficient removal of mehylene blue by advanced fenton oxidation", 《CATALYSIS TODAY》 *
MEIJUAN CHEN ET.AL: "Novel N/Carbon Quantum Dot Modified MIL-125(Ti) Composite for Enhanced Visible-Light Photocatalytic Removal of NO", 《INDUSTRIAL & ENGINEERING CHEMISTRY RESEARCH》 *
RONGBIN LIN ET.AL: "Facile generation of carbon quantum dots in MIL-53(Fe) particles as locolized electron acceptors for enhancing their photocatalytic Cr(VI) reduction", 《INORGANIC CHEMISTRY FRONTIERS》 *
SONGNAN QU ET.AL: "A Biocompatible Fluorescent Ink Based on Water-Soluble luminescent Carbon Nanodots", 《ANGEWANDTE CHEMIE INTERNATIONAL EDITION》 *
何松等: "MOFs光催化降解有机污染物研究进展", 《中国环境管理干部学院学报》 *
葛金龙著: "《金属有机骨架材料制备及其应用》", 30 September 2019, 中国科学技术大学出版社 *

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113996344A (zh) * 2020-07-28 2022-02-01 湖南大学 一种量子点改性的金属有机骨架光催化剂及其制备方法和应用
WO2022021051A1 (zh) * 2020-07-28 2022-02-03 湖南大学 一种量子点改性的金属有机骨架光催化剂及其制备方法和应用
CN113996344B (zh) * 2020-07-28 2023-04-14 湖南大学 一种量子点改性的金属有机骨架光催化剂及其制备方法和应用
CN112808313A (zh) * 2020-12-30 2021-05-18 陕西科技大学 一种氮掺杂碳量子点/金属有机框架材料mof-5光催化剂及其制备方法和应用
CN112844484A (zh) * 2021-01-22 2021-05-28 湖南大学 一种氮化硼量子点/多孔金属有机框架复合光催化材料及其制备方法和应用
CN112844484B (zh) * 2021-01-22 2022-04-05 湖南大学 一种氮化硼量子点/多孔金属有机框架复合光催化材料及其制备方法和应用
CN113428943A (zh) * 2021-06-28 2021-09-24 上海交通大学 一种类芬顿调理剂原位注入法地下水修复工艺
CN113428943B (zh) * 2021-06-28 2022-09-23 上海交通大学 一种类芬顿调理剂原位注入法地下水修复工艺
CN113413921A (zh) * 2021-07-30 2021-09-21 陕西科技大学 一种zif-8型复合光催化剂及其制备方法
CN115007150A (zh) * 2022-07-13 2022-09-06 蚌埠学院 一种以CTFs材料为载体的非均相类Fenton催化剂的制备方法
CN115007150B (zh) * 2022-07-13 2024-01-26 蚌埠学院 一种以CTFs材料为载体的非均相类Fenton催化剂的制备方法

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