[發明專利]石墨碳包覆納米零價鐵復合材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202111443390.6
• 申請日: 2021-11-30
• 公開（公告）號: CN114226721B
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發明（設計）人: 唐景春;張成芳;郜飛龍;呂宏虹
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 主分類號: B22F1/16
• 分類號: B22F1/16;B22F1/054;B22F9/20;B82Y30/00;B82Y40/00;C02F1/72;C02F101/34;C02F101/36
• 代理公司: 天津創智睿誠知識產權代理有限公司 12251
• 代理人: 李蕊

本發明公開了一種石墨碳包覆納米零價鐵復合材料及其制備方法和應用，制備方法包括以下步驟：將木屑和鐵鹽混合，加入四氫呋喃水溶液，攪拌均勻，于90～100℃加熱8～9小時，得到干燥的復合物，將所述復合物研磨成粉末，在氮氣或惰性氣體環境下于550～700煅燒2～3小時，得到所述石墨碳包覆納米零價鐵復合材料，本發明石墨碳包覆納米零價鐵復合材料具有核?殼結構，且殼狀結構能夠有效抑制納米零價鐵的團聚，并且在保證納米零價鐵活性的同時還能實現抗氧化的特性，具有高效活化過硫酸鹽去除2,4?二氯苯酚的效果。

技術領域

本發明屬于環境功能材料技術領域，具體來說涉及一種石墨碳包覆納米零價鐵復合材料及其制備方法和應用。

背景技術

隨著工業的快速發展，地下水中殘留的持久性有機污染物對生態系統和人類健康構成巨大威脅。近年來，基于硫酸根自由基的高級氧化工藝被認為是一種降解持久性有機污染物的有效方法而受到廣泛關注。硫酸根自由基可以通過接受電子裂解過硫酸鹽中不穩定的過氧化物(-O-O-)鍵獲得，其高氧化還原電位(E₀＝2.5-3.1V)更能有效地氧化降解有機污染物。

納米零價鐵(nZVI)由于其比表面積大和環境友好性已被廣泛用于活化過硫酸鹽以降解持久性有機污染物。然而，高反應速率和表面能使傳統的nZVI在儲存和使用過程中容易團聚和迅速鈍化。目前，各種材料可用作穩定劑以提高nZVI的分散性和穩定性，如還原氧化石墨烯、碳材料、羧甲基纖維素、油包水等。然而，對于納米零價鐵易被氧化的特性，現階段并沒有十分有效的處理方法，常用的處理方法通常需要兩步及以上的復雜的制備工藝，但仍然很難得到高抗氧化性的納米零價鐵復合材料。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種的石墨碳包覆納米零價鐵復合材料的制備方法，該制備方法通過四氫呋喃輔助碳熱還原法合成穩定化的石墨碳包覆納米零價鐵復合材料，該制備方法過程簡單，原料綠色無污染。

本發明的另一目的是提供上述制備方法獲得的石墨碳包覆納米零價鐵復合材料(Fe⁰@gBC)，該石墨碳包覆納米零價鐵復合材料不僅可以保持納米零價鐵的反應活性，成本低、環境友好無二次污染，且能夠在空氣環境中長期穩定的存在不被氧化，具有良好的抗氧化性。

本發明的另一目的是提供上述石墨碳包覆納米零價鐵復合材料在降解2,4-二氯苯酚中的應用。

本發明的目的是通過下述技術方案予以實現的。

一種石墨碳包覆納米零價鐵復合材料的制備方法，包括以下步驟：將木屑和鐵鹽混合，加入四氫呋喃水溶液，攪拌均勻，于90～100℃加熱8～9小時，得到干燥的復合物，將所述復合物研磨成粉末，在氮氣或惰性氣體環境下于550～700煅燒2～3小時，得到所述石墨碳包覆納米零價鐵復合材料，其中，按質量份數計，所述木屑和鐵鹽的比為2：(1～5)，所述鐵鹽的質量份數與所述四氫呋喃水溶液的體積份數的比為(1～5):200，所述質量份數的單位為g，所述體積份數的單位為mL。

在上述技術方案中，按質量份數計，所述木屑和鐵鹽的比為2：(1～3)，所述鐵鹽的質量份數與所述四氫呋喃水溶液的體積份數的比為(1～3):200。

在上述技術方案中，所述鐵鹽為FeCl₃·6H₂O。

在上述技術方案中，所述木屑在使用前過100～150目篩。

在上述技術方案中，所述四氫呋喃水溶液中四氫呋喃的濃度為30～50wt％。

在上述技術方案中，所述攪拌均勻為磁力攪拌至少1h。

上述制備方法獲得的石墨碳包覆納米零價鐵復合材料。

在上述技術方案中，所述石墨碳包覆納米零價鐵復合材料包括：三維網狀結構的碳基載體以及均勻負載在該碳基載體上石墨烯納米殼包裹的零價鐵納米顆粒。