[發(fā)明專利]一種鐵基三維石墨烯自支撐材料及其活化過硫酸鹽去除水中農(nóng)藥污染物的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811194816.7
• 申請日: 2018-10-15
• 公開（公告）號: CN109248654B
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙傳起;李亞娟;宋曉明;楊悅鎖;夏輝
• 申請（專利權(quán)）人: 沈陽大學(xué)
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J27/053;C02F1/28;C02F1/72;B01J20/30;C02F101/30
• 代理公司: 沈陽鼎恒知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 21245
• 代理人: 趙月娜

1.一種鐵基三維石墨烯自支撐材料，其特征在于，制備方法包括如下步驟：

步驟1、制備氧化石墨烯(GO)

將10g石墨粉、5g過硫酸鉀和5g五氧化二磷放入40mL、80-90℃濃硫酸溶液中，對產(chǎn)生的深藍(lán)色的混合溶液攪拌6-8h后，冷卻至室溫；

將冷卻后的混合溶液投入到300mL、0-4℃的濃硫酸溶液中，然后緩慢加入5g硝酸鈉并攪拌使溶液混合均勻，而后緩慢加入30g高錳酸鉀粉末，添加過程中保持混合液的溫度始終低于20℃；

高錳酸鉀添加完成后，將混合溶液升溫至30-45℃并攪拌1-2h，而后加入250mL去離子水，此時水浴加熱溶液使其溫度快速上升至90-98℃并保持，水浴加熱15min以上，再次加入250mL去離子水，并加入50mL過氧化氫溶液，此時混合液變?yōu)榱咙S色溶液；

利用體積濃度10％的HCl溶液洗去混合液中的金屬離子，并用透析袋將混合液透析至中性；

再超聲波破碎處理后，對溶液進(jìn)行12000rpm離心分離15min，將上清液于70℃真空干燥，即得到剝離的氧化石墨烯分散液；

步驟2、以氧化石墨烯分散液作為原料，采用水熱法制備鐵基三維石墨烯自支撐材料量取0.5g氧化石墨烯，超聲分散至500mL超純水中，然后分裝移至水熱反應(yīng)釜中備用；

將硫酸亞鐵用超純水溶解后加入水熱反應(yīng)釜中，其與氧化石墨烯分散液的質(zhì)量比為7:1，溶液在氮?dú)獗Ｗo(hù)下于60-80℃水浴中快速攪拌5-15min，使Fe²⁺離子與氧化石墨烯分散液充分接觸；

向溶液中緩慢加入氨水直至pH達(dá)到10.0為止，將反應(yīng)釜密閉，并置于180-220℃烘箱中反應(yīng)24-30h；

反應(yīng)完成后，形成鐵基三維石墨烯自支撐材料并利用脫氧超純水清洗3-5次，而后置于真空冷凍干燥器中于-80℃下干燥24-48h，最終得到干燥的鐵基三維石墨烯自支撐材料。

2.一種如權(quán)利要求1所述的鐵基三維石墨烯自支撐材料活化過硫酸鹽去除水中農(nóng)藥污染物的方法，其特征在于：

第一步，檢測待處理的有機(jī)廢水中草甘膦污染物的濃度；

第二步，向含有草甘膦污染物的有機(jī)廢水中先后投放鐵基三維石墨烯自支撐材料和過硫酸鹽，其中，所述鐵基三維石墨烯自支撐材料的投放量與有機(jī)廢水中草甘膦污染物的質(zhì)量比為6:1～10:1，所述過硫酸鹽與有機(jī)廢水中草甘膦污染物的濃度比為4:1～10:1；

第三步，調(diào)節(jié)有機(jī)廢水的PH值在2-10范圍內(nèi)，溫度15-55℃范圍內(nèi)，并在此環(huán)境下反應(yīng)10-24h，在此過程中，鐵基三維石墨烯自支撐材料先將有機(jī)廢水中包括草甘膦污染物在內(nèi)的有機(jī)物吸附在其表面，當(dāng)加入過硫酸鹽后，石墨烯表面釋放Fe²⁺，活化過硫酸鹽產(chǎn)生硫酸根自由基，同時產(chǎn)生強(qiáng)氧化性的羥基自由基；而石墨烯表面的羥基、羧基活性基團(tuán)亦可活化過硫酸鹽產(chǎn)生硫酸根自由基，并產(chǎn)生羥基自由基，硫酸根自由基和羥基自由基二者協(xié)同降解有機(jī)物；同時由于石墨烯本身具有極強(qiáng)的電子傳遞特性，活性中心Fe²⁺通過發(fā)生自身電子的得失循環(huán)持續(xù)協(xié)同活化過硫酸鹽，產(chǎn)生強(qiáng)氧化性的硫酸根自由基，并且在中性和堿性條件下，硫酸根自由基轉(zhuǎn)化為羥基自由基，通過二者的協(xié)同降解，將草甘膦污染物徹底礦化為二氧化碳、磷酸鹽和水。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鐵基三維石墨烯自支撐材料活化過硫酸鹽去除水中農(nóng)藥污染物的方法，其特征在于：所述過硫酸鹽采用過硫酸鈉或過硫酸鉀或過硫酸銨。