[發(fā)明專(zhuān)利]三維石墨烯凝膠復(fù)合材料及其制備、應(yīng)用方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210407044.0
• 申請(qǐng)日: 2022-04-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114669301A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-06-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 安偉佳;胡金山;楊濤;劉暢;崔文權(quán);梁英華
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 華北理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B01J23/745
• 分類(lèi)號(hào): B01J23/745;B01J23/75;B01J23/80;B01J23/843;B01J23/847;B01J37/32;B01J37/34;C02F1/72;C02F1/30;C02F1/28;B01J20/20;B01J20/28;C02F101/30
• 代理公司: 唐山科軒專(zhuān)利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 13146
• 代理人: 孔娟

一種三維石墨烯凝膠復(fù)合材料的制備方法，以石墨為原料，采用改進(jìn)的Hummers法制備氧化石墨烯溶液；稱(chēng)取一定量的催化劑加入到溶液中，在室溫下超聲處理；在混合溶液中加入還原性物質(zhì)，超聲處理后轉(zhuǎn)移至內(nèi)襯為聚四氟乙烯的反應(yīng)釜中進(jìn)行反應(yīng)；將反應(yīng)液冷卻至室溫后采用去離子水充分浸泡，后置于冰箱中進(jìn)行冷凍處理；將樣品在真空冷凍干燥機(jī)進(jìn)行冷凍干燥，得到三維石墨烯凝膠復(fù)合材料。本發(fā)明不僅體現(xiàn)了三維石墨烯凝膠優(yōu)異的吸附性能，實(shí)現(xiàn)吸附富集?光催化芬頓多場(chǎng)耦合協(xié)同降解有機(jī)污染物；三維石墨烯優(yōu)異的導(dǎo)電性能可加快光生電荷的傳輸，提高光催化芬頓催化降解效率，解決了催化劑難以回收利用的問(wèn)題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及多場(chǎng)耦合與強(qiáng)化處理有機(jī)廢水技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種吸附-光催化芬頓催化降解多場(chǎng)耦合處理廢水的催化劑，即三維石墨烯凝膠復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)

水體污染，尤其是難降解的有機(jī)污染物對(duì)人體健康具有較大的威脅，亟需開(kāi)發(fā)高效的污染物處理新技術(shù)以及新型催化材料。現(xiàn)有污染物分子去除主要集中在吸附法和高級(jí)氧化技術(shù)，其中高級(jí)氧化技術(shù)可以組合使用強(qiáng)化過(guò)程中產(chǎn)生的活性自由基，提高催化降解效率。吸附法作為染物分子快速吸附去除的有效方法，其傳統(tǒng)吸附劑如活性炭、水滑石等存在著吸附容量有限，吸附速度慢，吸附不能真正降解礦化廢水、難以回收利用的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)多方研究表明，光催化與芬頓氧化技術(shù)耦合與協(xié)同，有利于氧化處理能力的提升，可實(shí)現(xiàn)對(duì)廢水污染物分子的高效降解。而光催化芬頓材料也存在容易團(tuán)聚，降低比表面積造成催化降解效率的下降的問(wèn)題。

單一的吸附法或光催化芬頓耦合技術(shù)均難以完美解決污染物分子的高效去除，將吸附-光催化芬頓多場(chǎng)耦合與過(guò)程強(qiáng)化，實(shí)現(xiàn)對(duì)有機(jī)污染物快速吸附富集與光芬頓催化氧化的協(xié)同，有望突破焦化廢水中有機(jī)污染物深度去除的關(guān)鍵核心技術(shù)，但如今并沒(méi)有可靠方案的記載。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是針對(duì)背景技術(shù)中提及的技術(shù)缺陷，一是提供一種吸附-光催化芬頓催化降解多場(chǎng)耦合處理廢水的催化劑，即三維石墨烯凝膠復(fù)合材料，二是提供了這種復(fù)合材料的制備方法。這種技術(shù)方案，將光催化芬頓催化材料修飾在三維石墨烯凝膠表面，可利用二維石墨烯的片層阻隔作用有效避免催化材料團(tuán)聚的問(wèn)題，同時(shí)石墨烯優(yōu)異的導(dǎo)電性可加快光生載流子的分離效率。

為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種三維石墨烯凝膠復(fù)合材料的制備方法，制備步驟如下：

（1）以石墨為原料，采用改進(jìn)的Hummers法制備氧化石墨烯溶液；

（2）稱(chēng)取一定量的光芬頓催化劑加入到步驟（1）溶液中，在室溫下超聲處理；

（3）在步驟（2）所得的混合溶液中加入還原性物質(zhì)，超聲處理后轉(zhuǎn)移至內(nèi)襯為聚四氟乙烯的反應(yīng)釜中進(jìn)行反應(yīng)；

（4）將反應(yīng)液冷卻至室溫后采用去離子水充分浸泡，后置于冰箱中進(jìn)行冷凍處理；

（5）將步驟（4）冷凍所得的樣品在真空冷凍干燥機(jī)進(jìn)行冷凍干燥，得到三維石墨烯凝膠復(fù)合材料。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案：步驟（1）所得氧化石墨烯溶液在去離子水中超聲2~5 h，溶度為5~20 mg/mL。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案：步驟（2）中，氧化石墨烯溶液所含石墨烯與光芬頓催化劑的質(zhì)量比在0.1~1:1；光芬頓催化劑均勻分散在氧化石墨烯表面。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案：步驟（2）所述的光芬頓催化劑包括鐵酸鹽體系MFe2O4（其中M=Co、Zn、Cu等）、鉍酸銅、鐵酸鉍、釩酸鐵、Fe摻雜Bi系材料中的一種。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案：步驟（3）所述的還原性物質(zhì)包括抗壞血酸、葡萄糖、硼氫化鈉等；所述還原性物質(zhì)與步驟（2）溶液中所含氧化石墨烯的質(zhì)量比為5~15:1；超聲處理時(shí)間控制在2~5 h；反應(yīng)釜中反應(yīng)溫度120~180℃，反應(yīng)時(shí)間在4~12 h。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案：步驟（4）所述的冰箱冷凍溫度為-20~-10℃，冷凍時(shí)間控制在12~24 h。