[发明专利]一种异相光芬顿催化剂及其用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型异相光芬顿催化剂及其用途，具体地说，涉及一种针铁矿-石墨烯复合体表面修饰的介孔载体光芬顿催化剂及其催化去除水中有机污染物的用途。

背景技术

芬顿反应常用于水中难降解有机污染物的处理过程，反应产生的具有强氧化性的·OH活性自由基能将水体中难降解有机污染物降解去除并矿化为对环境无污染的CO₂和H₂O，是一种环境友好的绿色催化工艺。芬顿反应通常在均相下进行，尽管催化效率较高且反应容易控制，但对反应体系的pH值要求苛刻(通常只在pH2.5～3.5的范围内才有高的催化活性)，并且还存在催化剂难以分离与回收、铁离子流失造成二次污染等缺点，这些问题和缺点的存在大大限制了芬顿反应在降解水体中有机污染物中的应用。因而，人们日益转向对异相芬顿反应催化剂的研究。异相芬顿反应催化剂的研究主要集中在两个方面：(1)寻找或制备合适的催化剂载体，使金属活性成分能够均匀牢固地负载于载体上，以提高催化剂的催化性能及其固-液分离能力；(2)选取和优化催化活性组分，通过优化制备条件对催化剂活性成分中金属形态(晶型、晶体尺寸)进行调控，以制备催化效率更高、适应性更佳、pH适用范围更广的高效复合催化剂。近年来，利用太阳能光催化处理废水中难降解有机污染物已引起国内外学者的普遍关注。将太阳光引入芬顿反应中，形成光芬顿反应体系，可以进一步提高有机污染物的去除效率。光芬顿反应过程反应速度快，已广泛用于有机废水的降解工艺中。其中异相光芬顿反应体系特别具有催化剂本身容易回收，重复多次使用仍能保持相当好的催化活性的优点，因而避免因铁离子流失造成的二次污染，减少了处理成本。

石墨烯是一种新型碳纳米轻质材料，具有独特的单原子层二维晶体结构，具有较大的比表面积、高化学稳定性、较好的吸附能力以及较强的电子输送性能，在太阳能光电转化领域有广阔的应用前景，是一种理想载体材料。将催化活性成分与石墨烯进行复合，可以充分利用石墨烯良好的电子输运性能、大的比表面积和强的吸附能力从而提高光芬顿反应的效率；同时可以解决活性催化纳米粒子容易团聚的问题。将石墨烯用于表面修饰催化剂载体，可以最大限度发挥石墨烯在载体界面进行光电转换的助催化或吸附等作用。

现有技术中对于基于石墨烯和载体的催化剂有了较多报道。例如，Huai-ping cong等(Macroscopic Multifunctional Graphene-Based Hydragels and Aerogels by a Metal Ion Induced Self-Assembly Process，ACS nano，2012，6(3)：2693-2703)报道了石墨烯/R-FeOOH和磁性石墨烯/Fe₃O₄的制备方法；发明专利(专利公开号：CN102921422A)报道了一种磁性纳米Cu-Fe₃O₄/石墨烯复合催化剂及其在还原硝基化合物中的应用。这两种方法制备的催化材料没有采用载体负载，所以活性组分不能得到充分高效利用。

发明专利(专利公开号：CN 103272650A)报道了一种石墨烯改性介孔分子筛两亲性复合材料及其制备方法，作为乳化剂应用于提高油水接触面以提高反应效率，石墨烯的修饰方法为加热回流-高温氮氛焙烧法和水热晶化-高温氮氛焙烧法。

发明专利(专利公开号：CN 103272560A)报道了一种新型复合水处理材料及其制备方法，采用回流法将石墨烯或氧化石墨烯包覆于海泡石和电气石表面，利用石墨烯或氧化石墨烯较大的表面积以提高海泡石和电气石对有机废水的吸附性能。

发明专利(专利公开号：CN 102847536A)报道了一种复合光催化材料及其制备方法，将石墨烯乙醇溶液、钛酸丁酯水溶液和r-Fe₂O₃/SiO₂进行长时间搅拌混合，利用钛酸丁酯的水解，形成溶胶烘干后进行高温焙烧得到此复合光催化剂r-Fe₂O₃/SiO₂/GSs/TiO₂，应用于可见光条件下去除难降解有机物。