[發明專利]磁性納米四氧化三鐵-石墨烯復合催化劑的制備方法

有效

• 申請號: 201210005172.9
• 申請日: 2012-01-10
• 公開（公告）號: CN102553593A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 何光裕;張艷;陳海群;紀俊玲;施健;李丹;孫小強;汪信
• 申請（專利權）人: 常州大學
• 主分類號: B01J23/745
• 分類號: B01J23/745;B01J35/10;C02F1/72;C02F101/38
• 代理公司: 北京市惠誠律師事務所 11353
• 代理人: 王美華

技術領域

本發明涉及磁性納米四氧化三鐵-石墨烯復合催化劑的制備方法。

背景技術

隨著全球性環境惡化問題日益突出，對環境污染的有效控制與治理已成為世界各國政府所面臨和解決的重大問題。現有許多技術應用與環境污染的治理，Fenton方法就是其中之一。Fenton試劑是由H₂O₂和Fe²⁺混合得到的一種強氧化劑，特別適用于某些難治理的或對生物有毒性的工業廢水的處理。由H₂O₂-Fe²⁺/Fe³⁺組成的Fenton體系要求pH值較低(2-3)，反應后因pH值升高又會形成大量難處理的含鐵沉淀，給污水處理帶來諸多不便。從資源高效回收利用的角度出發，制備一種可多次重復回收再利用的由H₂O₂-四氧化三鐵/石墨烯催化劑組成的類Fenton試劑有重大的現實意義。

四氧化三鐵具有類似過氧化物酶的性能，對H₂O₂有很好的活化能力，而且四氧化三鐵自身無毒，成本低廉。但是純的四氧化三鐵顆粒比較大，在制備過程中容易團聚，因而降低了其表面積。若將四氧化三鐵負載在石墨烯上，石墨烯大的比表面積(2360m²·g^-1)會使得四氧化三鐵納米顆粒高度分散，可大大提高四氧化三鐵的利用效率。

到目前為止，人們多采用溶劑熱法和共沉淀法制備四氧化三鐵-石墨烯復合催化劑。例如Lunhong?Ai等通過溶劑熱法制備的四氧化三鐵-石墨烯復合催化劑對亞甲基藍表現出來了良好的吸附性(L.H.?Ai.et?al.Journal?of?Hazardous?Materials，192，515-1524(2011))；CN201010502549公開了一種以改性的石墨烯為原料，以共沉淀法制備了具有良好的電催化活性的石墨烯負載四氧化三鐵磁性納米顆粒復合材料。現有的制備方法需要在高溫條件或者額外使用還原劑，過程復雜。

發明內容

本發明的目的在于解決現有技術中四氧化三鐵-石墨烯復合催化劑制備方法復雜，需要高溫條件或者使用額外還原劑的技術問題，提供一種簡單制備磁性四氧化三鐵-石墨烯催化劑的方法。

實現本發明目的的技術解決方案為一種磁性納米四氧化三鐵-石墨烯復合催化劑的制備方法，主要包括以下步驟：

1)將氧化石墨在乙醇和水體系中超聲分散；

2)將可溶性三價鐵鹽和二價鐵鹽分別在乙醇中攪拌；

3)將1)所得體系和2)所得體系混合攪拌；

4)加熱3)的反應體系至50～90℃后，加入氨水調節pH為9～11進行反應；

5)將4)的產物進行磁分離，洗滌，干燥后獲得磁性納米四氧化三鐵-石墨烯復合催化劑。

作為優選，在整個反應體系中四氧化三鐵和石墨烯的質量比為1～20∶1。

作為優選，1)中乙醇和水的體積比為0.1～10∶1，氧化石墨與溶劑的質量比為1∶100～10000，超聲分散時間為0.5～24h。

作為優選，2)中三價鐵鹽和二價鐵鹽為鐵的氯化物、硝酸鹽或硫酸鹽，最優選使用六水氯化鐵和七水硫酸亞鐵，其中Fe³⁺和Fe²⁺的摩爾比為1∶0.5～1.8。

作為優選，在整個反應體系中乙醇和水的體積比為1～10∶1。

本發明與現有技術相比，其顯著優點：

1.本發明提供了一種簡單易行的共沉淀法制備磁性四氧化三鐵-石墨烯復合催化劑，簡化了反應條件，在不額外使用還原劑和高溫反應氛圍的條件下，直接以氧化石墨和可溶性二價鐵鹽及三價鐵鹽為原料，氨水在與Fe²⁺和Fe³⁺反應的同時，也將氧化石墨烯還原成石墨烯，避免了其他還原劑的額外使用，減少了對環境無污染。工藝簡單，環境友好，有利于進一步擴大生產。

2.本發明制得對H₂O₂有極好活化能力的磁性四氧化三鐵-石墨烯復合催化劑，在H₂O₂存在條件下，該催化劑在較短時間內能降解所有pH范圍的廢水中的染料，優于現有技術顯示的需要調節廢水的pH值。

3.采用石墨烯為模板，在其表面沉積準球狀四氧化三鐵催化劑，提供了比較大表面積和更多的活性中心，提高了催化劑的吸附性能和對雙氧水的催化活性，因此，可作為催化劑與雙氧水一同應用于印染廢水的處理。