[發明專利]一種氧化石墨烯-氧化鈰-四氧化三鈷復合材料、合成方法及其應用

在審

• 申請號: 202010340976.9
• 申請日: 2020-04-26
• 公開（公告）號: CN111821984A
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 閆海剛;黃榮秋;汪姍姍;吳文炳
• 申請（專利權）人: 閩南師范大學
• 主分類號: B01J23/83
• 分類號: B01J23/83;C02F1/72;C02F101/30
• 代理公司: 成都東恒知盛知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 51304
• 代理人: 何健雄;廖祥文

本發明公開了一種氧化石墨烯?氧化鈰?四氧化三鈷復合材料、合成方法及其應用，通過直接沉淀法與溶劑熱法相結合制得氧化石墨烯?氧化鈰?四氧化三鈷復合材料催化劑，通過傅立葉變換紅外光譜、掃描電鏡、X射線衍射光譜儀對該催化劑進行表征，研究其結構與性質。然后與氧化劑過硫酸氫鉀共同作用催化降解亞甲基藍水溶液，分別探究其在不同濃度、不同pH值、不同溫度、不同催化劑使用量的條件下，對有機染料亞甲基藍的催化降解能力，得出初始MB濃度越低，pH越低，催化劑加入量越多，溫度越高降解速率越快。本發明產品催化效果顯著，時間短，用量少，遠遠超過很多文獻報道的催化劑的催化效果，且加工處理后可循環使用，可作為推廣使用的綠色催化劑。

【技術領域】

本發明屬于催化劑合成技術領域，具體涉及一種氧化石墨烯-氧化鈰-四氧化三鈷復合材料、合成方法及其應用。

【背景技術】

有許多廢水處理技術，傳統的處理方法主要有：物理方法有吸附法、膜分離法、和離子交換法。生物處理方法有：白腐菌去除法、微生物吸附法、厭氧菌分解法。化學方法有：化學氧化法、Fenton氧化法、臭氧氧化法、光催化氧化法、電化學降解法、次氯酸鈉氧化法。光催化氧化法是較為常見的處理污水的方法。這些方法因投資大，成本高，處理效率低等原因，還有待進一步改進。開發經濟有效的印染廢水處理技術已成為當今環保行業關注的課題之一。

氧化石墨烯作為一種新型的單層碳原子厚度的二維材料，其表曲富含多種活性基團，主要包括大量的羥基、羧基、環氧基等含氧官能團在其表面，這些活性含氧基團的存在可以為污染物提供必要的吸附位點，大大的提高了GO的溶解性，能夠有效的避免發生團聚現象。其獨特的結構特征，使得其具備了一些優異的物理、化學性能，其具有極大的比表面積，可以作為很多納米材料的載體，提高了納米催化劑的催化活性。這些卓越的性能使得(氧化)石墨烯基材料在光催化、高級氧化等水處理技術領域都有著廣泛的應用。

所以發明可回收的新型氧化石墨烯基金屬化合物復合材料催化劑成為新熱點。

(氧化)石墨烯基催化劑種類很多，主要可分為4類：

第一類是(氧化)石墨烯-金屬復合材料催化劑，如與(氧化)石墨烯常復合的貴金屬納米粒子包括Au、Pt、Pd、Ag、Ru、Rh和Lr，此外，非貴金屬Fe、Cu、Ni、 Co等也用到(氧化)石墨烯一金屬的復合材料制備中。

第二類是(氧化)石墨烯-金屬氧化物復合材料催化劑，迄今為止已經合成了多種(氧化)石墨烯基金屬化合物納米材料，包括與TiO₂、ZnO、SnO₂、MnO₂、 CeO₂、Fe₃O₄、Co₃O₄、ZnFeO₄、Ag₃PO₄等復合材料。

第三類是(氧化)石墨烯-金屬硫化物復合材料催化劑，已合成了(氧化)石墨烯基CdS、CuS等復合材料催化劑。

第四類是(氧化)石墨烯-Bi系化合物復合材料催化劑，如(氧化)石墨烯基 BiWO₆、BiVO₆、鹵氧化Bi(BiOX，X＝F，Cl，Br，I)復合材料催化劑等。

但光催化技術仍有極大地局限性，需強光照射，極大地消耗能量。高級氧化技術是近年來很受人們關注的廢水處理新技術，廣義來說，是通過自由基與水中的污染物發生氧化反應來除去水中廢物的一系列反應的總稱。它利用反應體系中產生的強氧化性自由基，使水體中有機污染物分解成小分子物質，甚至礦化成 CO₂、H₂O和相應的無機離子，使污染物得到徹底的去除，而不是收集或者將有機物轉移至另外的相。由于自由基氧化能力很強，在一個過程中能同時除去水中的很多種有機物；還能殺滅水中的一些病毒起到消毒的作用；不會對要處理的水體帶來新的有毒物質。根據體系中降解有機物自由基的不同，可將水處理的體系分為羥基自由基和硫酸根自由基的高等氧化技術。