[发明专利]磁性纳米四氧化三铁-石墨烯复合催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及磁性纳米四氧化三铁-石墨烯复合催化剂的制备方法。

背景技术

随着全球性环境恶化问题日益突出，对环境污染的有效控制与治理已成为世界各国政府所面临和解决的重大问题。现有许多技术应用与环境污染的治理，Fenton方法就是其中之一。Fenton试剂是由H₂O₂和Fe²⁺混合得到的一种强氧化剂，特别适用于某些难治理的或对生物有毒性的工业废水的处理。由H₂O₂-Fe²⁺/Fe³⁺组成的Fenton体系要求pH值较低(2-3)，反应后因pH值升高又会形成大量难处理的含铁沉淀，给污水处理带来诸多不便。从资源高效回收利用的角度出发，制备一种可多次重复回收再利用的由H₂O₂-四氧化三铁/石墨烯催化剂组成的类Fenton试剂有重大的现实意义。

四氧化三铁具有类似过氧化物酶的性能，对H₂O₂有很好的活化能力，而且四氧化三铁自身无毒，成本低廉。但是纯的四氧化三铁颗粒比较大，在制备过程中容易团聚，因而降低了其表面积。若将四氧化三铁负载在石墨烯上，石墨烯大的比表面积(2360m²·g^-1)会使得四氧化三铁纳米颗粒高度分散，可大大提高四氧化三铁的利用效率。

到目前为止，人们多采用溶剂热法和共沉淀法制备四氧化三铁-石墨烯复合催化剂。例如Lunhong Ai等通过溶剂热法制备的四氧化三铁-石墨烯复合催化剂对亚甲基蓝表现出来了良好的吸附性(L.H. Ai.et al.Journal of Hazardous Materials，192，515-1524(2011))；CN201010502549公开了一种以改性的石墨烯为原料，以共沉淀法制备了具有良好的电催化活性的石墨烯负载四氧化三铁磁性纳米颗粒复合材料。现有的制备方法需要在高温条件或者额外使用还原剂，过程复杂。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中四氧化三铁-石墨烯复合催化剂制备方法复杂，需要高温条件或者使用额外还原剂的技术问题，提供一种简单制备磁性四氧化三铁-石墨烯催化剂的方法。

实现本发明目的的技术解决方案为一种磁性纳米四氧化三铁-石墨烯复合催化剂的制备方法，主要包括以下步骤：

1)将氧化石墨在乙醇和水体系中超声分散；

2)将可溶性三价铁盐和二价铁盐分别在乙醇中搅拌；

3)将1)所得体系和2)所得体系混合搅拌；

4)加热3)的反应体系至50～90℃后，加入氨水调节pH为9～11进行反应；

5)将4)的产物进行磁分离，洗涤，干燥后获得磁性纳米四氧化三铁-石墨烯复合催化剂。

作为优选，在整个反应体系中四氧化三铁和石墨烯的质量比为1～20∶1。

作为优选，1)中乙醇和水的体积比为0.1～10∶1，氧化石墨与溶剂的质量比为1∶100～10000，超声分散时间为0.5～24h。

作为优选，2)中三价铁盐和二价铁盐为铁的氯化物、硝酸盐或硫酸盐，最优选使用六水氯化铁和七水硫酸亚铁，其中Fe³⁺和Fe²⁺的摩尔比为1∶0.5～1.8。

作为优选，在整个反应体系中乙醇和水的体积比为1～10∶1。

本发明与现有技术相比，其显著优点：

1.本发明提供了一种简单易行的共沉淀法制备磁性四氧化三铁-石墨烯复合催化剂，简化了反应条件，在不额外使用还原剂和高温反应氛围的条件下，直接以氧化石墨和可溶性二价铁盐及三价铁盐为原料，氨水在与Fe²⁺和Fe³⁺反应的同时，也将氧化石墨烯还原成石墨烯，避免了其他还原剂的额外使用，减少了对环境无污染。工艺简单，环境友好，有利于进一步扩大生产。

2.本发明制得对H₂O₂有极好活化能力的磁性四氧化三铁-石墨烯复合催化剂，在H₂O₂存在条件下，该催化剂在较短时间内能降解所有pH范围的废水中的染料，优于现有技术显示的需要调节废水的pH值。

3.采用石墨烯为模板，在其表面沉积准球状四氧化三铁催化剂，提供了比较大表面积和更多的活性中心，提高了催化剂的吸附性能和对双氧水的催化活性，因此，可作为催化剂与双氧水一同应用于印染废水的处理。