一種β-羥基氧化鐵負(fù)載氧化石墨烯催化劑的制備方法及應(yīng)用
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種β?羥基氧化鐵負(fù)載氧化石墨烯催化劑的制備方法及應(yīng)用，其制備方法是將氧化石墨烯分散于水中，超聲得到氧化石墨烯均勻分散液，然后將三氯化鐵加入到上述氧化石墨烯分散液中，恒溫水浴加熱后，β?羥基氧化鐵負(fù)載到氧化石墨烯表面，產(chǎn)物經(jīng)離心、洗滌、烘干，得到納米β?羥基氧化鐵負(fù)載氧化石墨烯催化劑；將該催化劑和過氧化氫投加到一定濃度的染料水體中，在可見光照條件下，染料色度去除，生物毒性降低，水質(zhì)得到凈化。本發(fā)明無二次污染，反應(yīng)生成的中間產(chǎn)物生物毒性明顯降低；反應(yīng)條件溫和，在可見光條件下即可進(jìn)行，工藝流程操作簡單，催化劑制備原料易得，反應(yīng)后的固相催化劑易于分離，在水污染處理領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。
【專利說明】
一種β-羥基氧化鐵負(fù)載氧化石墨烯催化劑的制備方法及應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及染料廢水水體處理技術(shù)，尤其涉及β-羥基氧化鐵負(fù)載氧化石墨烯的制備方法及其在染料可見光催化中的應(yīng)用。具體地說，涉及一種去除水體中染料色度并使其礦化、降低其生物毒性的催化劑。
【背景技術(shù)】
[0002]染料廢水，作為一種典型的廢水污染源，由于色度大，鹽度高，難降解和生物毒性嚴(yán)重，已經(jīng)成為一個(gè)亟待解決的環(huán)境問題。紡織、造紙等工業(yè)企業(yè)是染料廢水的主要來源。染料向水環(huán)境中大量排放，不僅影響美觀，還會(huì)對許多生物造成毒性，威脅生物健康。亞甲基藍(lán)作為一種陽離子染料，廣泛應(yīng)用于紡織印染等工業(yè)中。
[0003]目前有關(guān)去除水體中染料的處理技術(shù)非常廣泛，其中高級氧化技術(shù)是消除水體中染料污染物的非常有前景的技術(shù)之一，同時(shí)，采用光催化氧化法利用太陽能處理染料廢水是當(dāng)前水處理技術(shù)發(fā)展的一個(gè)方向。近年來，文獻(xiàn)報(bào)道了利用紫外光催化降解水體中染料分子的研究，但是，紫外光僅占太陽光的3%_5%，而可見光約占太陽光的43%，因此，限制了太陽光催化的應(yīng)用范圍，因此，可見光催化降解水體污染物的研究更具有現(xiàn)實(shí)意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供的一種β_羥基氧化鐵負(fù)載石氧化墨烯催化劑的制備方法及應(yīng)用，所制備的光催化劑具有廣泛的可見光響應(yīng)特征和優(yōu)異的可見光光催化降解水體中染料污染物的性能。催化過程不產(chǎn)生二次污染，降低污染物生物毒性。
[0005]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
一種羥基氧化鐵負(fù)載氧化石墨烯催化劑的制備方法，該方法包括以下具體步驟:
(1)將氧化石墨烯溶于水溶液中，攪拌均勻，得到氧化石墨烯均勻分散液;氧化石墨烯與水溶液的質(zhì)量體積比為(50-200 )mg:(40-160 )mL;
(2)將FeCl3.6H20加入到步驟(I)得到的氧化石墨烯分散液中；FeCl3.6H20與氧化石墨烯的質(zhì)量比為(10-100):1;
(3)將步驟(2)獲得的溶液超聲30-150min，在50-100°C水浴加熱條件下攪拌反應(yīng)3-
10h；
(4)將步驟(3)的溶液冷卻至室溫，離心分離后，用去離子水洗滌3-10次至上清液澄清，30-90 "€烘箱干燥8-20h，研磨為粉末，得到所述β-輕基氧化鐵負(fù)載氧化石墨稀催化劑。
[0006]—種上述負(fù)載β_輕基氧化鐵的氧化石墨稀催化劑在染料可見光催化中的應(yīng)用，特點(diǎn)是:將羥基氧化鐵負(fù)載氧化石墨烯催化劑投入到含有濃度為20-80 mg/L染料的水體內(nèi)，黑暗條件下吸附30min，達(dá)到吸附平衡后，向反應(yīng)液中加入過氧化氫，同時(shí)，水體正上方16-20cm處設(shè)置可見光燈(10W齒媽燈)，室溫條件下磁力攪拌器攪拌，轉(zhuǎn)速100-500rpm，構(gòu)成光助非均相“芬頓(Fenton)”處理體系，在180min內(nèi)使染料脫色達(dá)到97.62%，染料的生物毒性顯著降低，凈化水質(zhì);其中，β-羥基氧化鐵負(fù)載氧化石墨烯催化劑與過氧化氫的質(zhì)量濃度和摩爾濃度比為(0.l_l)mg/L: (0.5_5)mmol/L。
[0007]本發(fā)明具有下列優(yōu)點(diǎn)和效果:
(Ι)β-羥基氧化鐵負(fù)載氧化石墨烯催化劑與過氧化氫以及可見光構(gòu)成的非均相光催化體系操作簡單，三者通過協(xié)同作用，對水體中染料具有很高的去除效果并能夠消除其生物毒性，降解過程不產(chǎn)生二次污染，固相催化劑易于分離回收再利用，出水水質(zhì)色度易于達(dá)標(biāo)。
[0008](2)工藝流程簡單，降解過程在可見光下即可進(jìn)行。
[0009](3)催化劑制備方法簡便易行，原料廣泛易得，成本低，有很好的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0010]
圖1為本發(fā)明制備的β-羥基氧化鐵負(fù)載氧化石墨烯催化劑的掃描電鏡圖；
圖2為本發(fā)明制備的β_羥基氧化鐵負(fù)載氧化石墨烯催化劑的X射線衍射圖；
圖3為本發(fā)明制備的β_羥基氧化鐵負(fù)載氧化石墨烯催化劑針對亞甲基藍(lán)的光催化降解曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]下面結(jié)合實(shí)例對本發(fā)明所述催化劑的制備及其在處理染料廢水中的應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0012]實(shí)施例1
β-羥基氧化鐵負(fù)載氧化石墨烯催化劑采用簡單的水解法制成。稱取0.1g氧化石墨烯溶于80mL水溶液中，攪拌均勾，得到氧化石墨稀分散液。然后稱取1.1g FeCb.6H2O溶于上述氧化石墨烯分散液中，將混合溶液超聲60min，90 V水浴加熱條件下攪拌反應(yīng)6h，冷卻至室溫，離心并用去離子水以及乙醇洗滌5遍，70°C烘箱干燥12h，研磨為粉末，即得到β-羥基氧化鐵負(fù)載氧化石墨烯催化劑。催化劑置于聚乙烯瓶中備用。
[0013]實(shí)施例2
β-羥基氧化鐵負(fù)載氧化石墨烯催化劑采用簡單的水解法制成。稱取0.1g氧化石墨烯溶于SOmL水溶液中，攪拌均勻，得到氧化石墨烯分散液。然后稱取2.2g FeCl3.6H20溶于上述氧化石墨烯分散液中，將混合溶液超聲SOmin，90 V水浴加熱條件下攪拌反應(yīng)6h，冷卻至室溫，離心并用去離子水以及乙醇洗滌5遍，80°C烘箱干燥12h，研磨為粉末，即得到β-羥基氧化鐵負(fù)載的氧化石墨烯催化劑。制備的羥基氧化鐵負(fù)載氧化石墨烯催化劑的形貌通過掃描電鏡表征，參見附圖1，β_羥基氧化鐵呈紡錘狀，均勻地負(fù)載在氧化石墨烯薄片上。羥基氧化鐵負(fù)載氧化石墨烯催化劑的晶體結(jié)構(gòu)用X射線衍射儀表征，參見附圖2，該催化劑衍射峰形尖銳，強(qiáng)度強(qiáng)，說明其具有良好的結(jié)晶度。
[0014]實(shí)施例3
β-羥基氧化鐵負(fù)載氧化石墨烯催化劑采用簡單的水熱法制成。稱取0.1g氧化石墨烯溶于10mL水溶液中，攪拌均勻，得到氧化石墨烯分散液。然后稱取4.4g FeCl3.6H20溶于上述氧化石墨烯分散液中，將混合溶液超聲60min，90 V水浴加熱條件下攪拌反應(yīng)8h，冷卻至室溫，離心并用去離子水以及乙醇洗滌5遍，90°C烘箱干燥12h，研磨為粉末，即得到β-羥基氧化鐵負(fù)載的氧化石墨烯催化劑。催化劑置于聚乙烯瓶中備用。
[0015]實(shí)施例4
羥基氧化鐵負(fù)載氧化石墨烯催化劑在染料可見光催化中的應(yīng)用選取亞甲基藍(lán)作為目標(biāo)有毒有害染料污染物，模擬受染料污染的水體。亞甲基藍(lán)的濃度為40mg/L，反應(yīng)液體積為0.4L，將0.1g β_輕基氧化鐵負(fù)載氧化石墨稀的催化劑(質(zhì)量濃度為0.25g/L)投加到0.4L反應(yīng)液中，黑暗條件下吸附30min ；然后加入摩爾濃度為1.1mmol/L的過氧化氫，同時(shí)打開置于反應(yīng)器皿正上方16cm的可見光燈(100W鹵鎢燈)，磁力攪拌器攪拌，180min后亞甲基藍(lán)的脫色率達(dá)到97.62%。
[0016](I)操作條件
亞甲基藍(lán)質(zhì)量濃度:40mg/L;催化劑質(zhì)量濃度:0.25g/L;反應(yīng)液體積:0.4L;反應(yīng)器皿直徑:15cm；
過氧化氫摩爾濃度:1.lmmol/L;光照強(qiáng)度(液面中心位置):6.3mff/cm2 ；
攪拌器攪拌速度:200rpm;反應(yīng)溫度:20 °C。
[0017](2)實(shí)驗(yàn)結(jié)果
亞甲基藍(lán)降解，參閱附圖3，亞甲基藍(lán)在30min時(shí)達(dá)到吸附平衡，脫色為50.12%，加入過氧化氫及打開可見燈后，ISOmin后亞甲基藍(lán)的脫色率達(dá)到97.62%，染料色度基本去除。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種β-羥基氧化鐵負(fù)載氧化石墨烯催化劑的制備方法，其特征在于該方法包括以下具體步驟: (1)將氧化石墨烯溶于水溶液中，攪拌均勻，得到氧化石墨烯均勻分散液;氧化石墨烯與水溶液的質(zhì)量體積比為(50-200 )mg:(40-160 )mL; (2)將FeCl3.6H20加入到步驟(I)得到的氧化石墨烯分散液中；FeCl3.6H20與氧化石墨烯的質(zhì)量比為(10-100):1; (3)將步驟(2)獲得的溶液超聲30-150min，在50-100°C水浴加熱條件下攪拌反應(yīng)3-10h； (4)將步驟(3)的溶液冷卻至室溫，離心分離后，用去離子水洗滌3-10次至上清液澄清，30-90 "€烘箱干燥8-20h，研磨為粉末，得到所述β-輕基氧化鐵負(fù)載氧化石墨稀催化劑。2.—種權(quán)利要求1所述負(fù)載β_羥基氧化鐵負(fù)載氧化石墨烯催化劑在染料可見光催化中的應(yīng)用，其特征在于:將羥基氧化鐵負(fù)載氧化石墨烯催化劑投入到含有濃度為20-80 mg/L染料的水體內(nèi)，黑暗條件下吸附30min，達(dá)到吸附平衡后，向反應(yīng)液中加入過氧化氫，同時(shí)，水體正上方16_20cm處設(shè)置可見光燈，使水體液面中心位置光強(qiáng)度達(dá)到5_15mW/ cm2，室溫條件下磁力攪拌，轉(zhuǎn)速100-500rpm，在180min內(nèi)使染料脫色達(dá)到97.62%，凈化水質(zhì)；其中，0-羥基氧化鐵負(fù)載氧化石墨烯催化劑與過氧化氫的質(zhì)量濃度和摩爾濃度比為(0.l-l)mg/L:(0.5-5)mmol/Lo
【文檔編號(hào)】C02F1/30GK105921151SQ201610276574
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年4月29日
【發(fā)明人】趙雅萍, 劉玉洋, 徐斌, 呂佳欣, 付丹丹, 范云芳
【申請人】華東師范大學(xué)