[发明专利]一种非均相芬顿催化剂及其用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种非均相芬顿催化剂及其用途，具体地说，涉及一种石墨烯-介孔分子筛复合体表面修饰赤铁矿非均相芬顿催化剂及其催化去除水体有机污染物的用途。

背景技术

高级氧化技术是利用·OH的脱氢反应、电子转移、亲电加成等作用氧化降解水中难降解有机污染物。作为高级氧化技术的一种，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。均相芬顿反应虽然催化效率较高，但是体系中溶解性铁浓度高，易在处理过程中产生大量铁泥，增加后续处理成本，同时催化剂难以分离与回收、铁离子流失造成二次污染。而非均相芬顿催化剂由于可以克服这些缺点而逐渐引起研究者的广泛关注。非均相芬顿反应可以明显减少铁溶出，控制铁泥的大量产生，并且催化剂易于分离和回收、减少反应中的二次污染。开发高活性的芬顿催化剂是该研究领域的关键。

石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新型碳纳米轻质材料，具有独特的二维平面结构，其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。作为一种理想载体材料，石墨烯现在已经逐渐应用于电子材料、薄膜材料、储能材料、液晶材料、催化材料等先进功能材料中。其中，将石墨烯掺杂于催化材料中，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，从而提高催化反应的效率。

现有技术中对于基于石墨烯的催化剂有了较多报道。例如，发明专利(专利公开号：CN103272650A)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，通过加热回流或水热晶化方式将石墨烯掺杂于介孔分子筛中进行改性，作为乳化剂应用于提高油水接触面以提高反应效率。这种方法制备的材料没有负载芬顿活性金属，所以无法应用于非均相芬顿反应体系中。

发明专利(专利公开号：CN 103877997A)报道了一种石墨烯载光催化剂的高效负载方法，加入了七水合硫酸锌、四水合硝酸铟、硫代乙酰胺，制备出石墨烯-硫铟化锌，用于光催化反应中。发明专利(专利公开号：CN 102921422A)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。发明专利(专利公开号：CN 102974350A)报道了一种石墨烯负载金属氧化物纳米材料及其制备方法和应用，在水热条件下，通过氧化石墨烯和乙酰丙酮金属化合物制得，并且运用于费托合成反应。发明专利(专利公开号：CN102350357A)报道了一种负载在石墨烯上的纳米镍催化剂及其制备方法，其是以石墨烯为载体，加入氢氧化镍搅拌后烘干直接在氩气氛围下焙烧即得催化剂。以上方法制备的催化材料石墨烯和活性组分没有采用载体负载，或者直接以石墨烯作为载体，价格昂贵，活性组分不能得到充分高效利用。

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。发明专利(专利公开号：CN 103464122A)报道了一种石墨烯/壳聚糖吸附树脂的制备方法，配置纳米二氧化钛悬浊液、氧化石墨烯溶液、壳聚糖溶液，三者高速搅拌混合均匀，加入戊二醛溶液进行交联反应，烘干研磨过筛后得到二氧化钛-石墨烯-壳聚糖复合树脂颗粒，能光催化降解及吸附印染废水中的染料。

以上已公开的现有技术中制备出的基于石墨烯-载体或者石墨烯-活性组分的复合材料，未见应用于非均相芬顿反应体系中。由于石墨烯本身所具有的显著特质，作为改性成分用于芬顿催化剂载体的制备过程中，得到石墨烯-载体复合体，然后在复合体表面修饰催化活性组分，得到石墨烯-载体-活性金属组分的新型非均相芬顿催化剂，该催化剂有望发挥石墨烯的高吸附、强电子传递作用，进而得到一种催化效率高的非均相芬顿催化剂。

发明内容