[發明專利]一種制備異相光芬頓催化劑的方法

在審

• 申請號: 201410483397.4
• 申請日: 2014-09-22
• 公開（公告）號: CN104289223A
• 公開（公告）日: 2015-01-21
• 發明（設計）人: 王穎;方嘉聲;袁其朋;陳曉春;鄧曹林;余艷鴿
• 申請（專利權）人: 北京師范大學
• 主分類號: B01J23/745
• 分類號: B01J23/745;B01J29/03;B01J32/00;B01J35/10;C02F1/30;C02F101/34;C02F101/38
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技術領域

本發明涉及一種制備新型異相光芬頓催化劑的方法，具體地說，本發明涉及一種利用針鐵礦-石墨烯復合體對介孔載體表面進行修飾的光芬頓催化劑的制備方法。本發明還涉及由本發明方法制得的異相光芬頓催化劑。

背景技術

芬頓反應常用于水中難降解有機污染物的處理過程，反應產生的具有強氧化性的·OH活性自由基能將水體中難降解有機污染物降解去除并礦化為對環境無污染的CO₂和H₂O，是一種環境友好的綠色催化工藝。芬頓反應通常在均相下進行，盡管催化效率較高且反應容易控制，但對反應體系的pH值要求苛刻(通常只在pH2.5～3.5的范圍內才有高的催化活性)，并且還存在催化劑難以分離與回收、鐵離子流失造成二次污染等缺點，這些問題和缺點的存在大大限制了芬頓反應在降解水中有機污染物中的應用。因而，人們日益轉向對異相芬頓反應催化劑的研究。異相芬頓反應催化劑的研究主要集中在兩個方面：(1)尋找或制備合適的催化劑載體，使金屬活性成分能夠均勻牢固地負載于載體上，以提高催化劑的催化性能及其固-液分離能力；(2)選取和優化催化活性組分，通過優化制備條件對催化劑活性成分中金屬形態(晶型、晶體尺寸)進行調控，以制備催化效率更高、適應性更佳、pH適用范圍更廣的高效復合催化劑。近年來，利用太陽能光催化處理廢水中難降解有機污染物已引起國內外學者的普遍關注。將太陽光引入芬頓反應中，形成光芬頓反應體系，可以進一步提高有機污染物的去除效率。光芬頓反應過程反應速度快，已廣泛用于有機廢水的降解工藝中。其中異相光芬頓反應體系特別具有催化劑本身容易回收，重復多次使用仍能保持相當好的催化活性的優點，因而避免因鐵離子流失造成的二次污染，減少了處理成本。

石墨烯是一種新型碳納米輕質材料，具有獨特的單原子層二維晶體結構，具有較大的比表面積、高化學穩定性、較好的吸附能力以及較強的電子輸送性能，在太陽能光電轉化領域有廣闊的應用前景，是一種理想載體材料。將催化活性成分與石墨烯進行復合，可以充分利用石墨烯良好的電子輸運性能、大的比表面積和強的吸附能力從而提高光芬頓反應的效率；同時可以解決活性催化納米粒子容易團聚的問題。將石墨烯用于表面修飾催化劑載體，可以最大限度發揮石墨烯在載體界面進行光電轉換的助催化或吸附等作用。

現有技術中對于基于石墨烯和載體的催化劑有了較多報道。例如，Huai-ping?cong等(Macroscopic?Multifunctional?Graphene-Based?Hydrogels?and?Aerogels?by?a?Metal?Ion?Induced?Self-Assembly?Process，ACS?nano，2012，6(3)：2693-2703)報道了石墨烯/R-FeOOH和磁性石墨烯/Fe₃O₄的制備方法；發明專利(專利公開號：CN?102921422A)報道了一種磁性納米Cu-Fe₃O₄/石墨烯復合催化劑及其在還原硝基化合物中的應用，這兩種方法制備的催化材料沒有采用載體負載，所以活性組分不能得到充分高效利用。

發明專利(專利公開號：CN?103272650A)報道了一種石墨烯改性介孔分子篩兩親性復合材料及其制備方法，作為乳化劑應用于提高油水接觸面以提高反應效率，石墨烯的修飾方法為加熱回流-高溫氮氛焙燒法和水熱晶化-高溫氮氛焙燒法。

發明專利(專利公開號：CN?103272560A)報道了一種新型復合水處理材料及其制備方法，采用回流法將石墨烯或氧化石墨烯包覆于海泡石和電氣石表面，利用石墨烯或氧化石墨烯較大的表面積以提高海泡石和電氣石對有機廢水的吸附性能。

發明專利(專利公開號：CN?102847536A)報道了一種復合光催化材料及其制備方法，將石墨烯乙醇溶液、鈦酸丁酯水溶液和r-Fe₂O₃/SiO₂進行長時間攪拌混合，利用鈦酸丁酯的水解，形成溶膠烘干后進行高溫焙燒得到此復合光催化劑r-Fe₂O₃/SiO₂/GSs/TiO₂，應用于可見光條件下去除難降解有機物。