[發(fā)明專利]石墨烯/MnO2納米復(fù)合物催化過氧化氫降解亞甲基藍(lán)的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310408724.5
• 申請日: 2013-09-10
• 公開（公告）號: CN103508545A
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曲江英;石琳;高峰;邵光華;李玉倩
• 申請（專利權(quán)）人: 遼寧師范大學(xué)
• 主分類號: C02F1/72
• 分類號: C02F1/72;C02F1/58
• 代理公司: 大連非凡專利事務(wù)所 21220
• 代理人: 閃紅霞

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種降解亞甲基藍(lán)的方法，尤其是一種催化活性高、降解速率快、降解率高、降低成本的石墨烯/MnO₂納米復(fù)合物催化過氧化氫降解亞甲基藍(lán)的方法。

背景技術(shù)

染料廢水是水體污染的主要污染源之一，其中亞甲基藍(lán)染料廢水作為典型代表，具有色度高、難降解等缺點(diǎn)。現(xiàn)有降解亞甲基藍(lán)染料廢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試劑運(yùn)用Fe²⁺催化過氧化氫產(chǎn)生自由基，從而促使亞甲基藍(lán)分解。也有文獻(xiàn)報(bào)道了以MnO₂作為催化劑催化過氧化氫降解染料的方法，然而MnO₂較差的導(dǎo)電性和穩(wěn)定性，以及在制備過程中的團(tuán)聚現(xiàn)象都大大限制了其催化性能，因此存在著催化活性低、降解速率慢的問題。如張等人制備的MnO₂納米棒，和過氧化氫共同作用，對亞甲基藍(lán)的最佳催化效果是反應(yīng)15?min降解率達(dá)到?95%，反應(yīng)120min降解率達(dá)到97%，反應(yīng)條件是催化劑用量25?mg；85ml亞甲基藍(lán)濃度37?mg/L；30%過氧化氫用量：15?ml（Catal?Commun?2006,?7?(6),?408-412）。催化劑用量多導(dǎo)致成本高，而且降解率并不能達(dá)到100%，殘余的亞甲基藍(lán)會對環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。

目前，已有制備石墨烯/MnO₂納米復(fù)合物及用于制作超級電容電極的相關(guān)報(bào)道，主要方法是采用Hummers法制備的氧化石墨為石墨烯的原料，以制備氧化石墨原料中的錳離子為錳源，實(shí)現(xiàn)了石墨烯/MnO₂納米復(fù)合物的制備。基本流程是以鱗片石墨為原料，加入濃硫酸、高錳酸鉀、雙氧水和水制成氧化石墨原液，制成氧化石墨/MnO₂復(fù)合物；最后加入葡萄糖還原生成石墨烯/MnO₂納米復(fù)合物。其中上述第二步中將氧化石墨原液靜置后得上清液，通過調(diào)整上清液和相應(yīng)的高錳酸鉀的加入量，即可控制石墨烯/MnO₂納米復(fù)合物中MnO₂的含量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的催化活性低、降解速率慢等問題，提供一種催化活性高、降解速率快、降解率高、降低成本的石墨烯/MnO₂納米復(fù)合物催化過氧化氫降解亞甲基藍(lán)的方法。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種石墨烯/MnO₂納米復(fù)合物催化過氧化氫降解亞甲基藍(lán)的方法，其特征在于按如下步驟進(jìn)行：取濃度為25~100?mg/L的亞甲基藍(lán)水溶液，加入石墨烯/MnO₂復(fù)合物和過氧化氫，在25~50?℃進(jìn)行催化氧化反應(yīng)，所述石墨烯/MnO₂復(fù)合物中MnO₂質(zhì)量百分比為77~91%，石墨烯/MnO₂復(fù)合物與亞甲基藍(lán)水溶液的用量比為0.2?g/L，所述過氧化氫的質(zhì)量濃度為30%，過氧化氫與亞甲基藍(lán)水溶液的用量比200?ml/L。

本發(fā)明是石墨烯/MnO₂納米復(fù)合物為催化劑催化過氧化氫降解亞甲基藍(lán)。由于石墨烯能夠避免MnO₂的團(tuán)聚，同時(shí)MnO₂粒子又可有效防止石墨烯的堆疊，所以石墨烯/MnO₂具有穩(wěn)定性好、導(dǎo)電性能高、MnO₂粒子小、分散好等優(yōu)點(diǎn)，催化反應(yīng)過程中，石墨烯可提高亞甲基藍(lán)在催化劑表面的富集，單分散且粒徑小的MnO₂有效提高了過氧化氫分解以產(chǎn)生具有催化活性的自由基，從而使亞甲基藍(lán)與自由基在石墨烯表面擁有更多相互作用的機(jī)會，因此表現(xiàn)出超快的降解速率和極高的降解效果，在反應(yīng)溫度為25~50?℃，1?h內(nèi)對亞甲基藍(lán)的降解率均可達(dá)到100%，當(dāng)達(dá)到最佳反應(yīng)條件時(shí)，5?min的降解率就可達(dá)到100%，而且催化劑用量少（10mg/50ml），可降低成本。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1催化過氧化氫降解亞甲基藍(lán)染料的紫外可見（UV-vis）光譜圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1催化過氧化氫降解亞甲基藍(lán)過程中時(shí)間與降解率的曲線圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例2催化過氧化氫降解亞甲基藍(lán)染料的紫外可見（UV-vis）光譜圖。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例2催化過氧化氫降解亞甲基藍(lán)過程中時(shí)間與降解率的曲線圖。

圖5為本發(fā)明實(shí)施例3催化過氧化氫降解亞甲基藍(lán)染料的紫外可見（UV-vis）光譜圖。