[发明专利]一种含羟基胺类化合物功能化磁性氧化石墨烯催化材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种含羟基胺类化合物功能化磁性氧化石墨烯催化材料及其制备方法和应用，催化材料以含羟基胺类化合物、氧化石墨烯和三价铁盐等为原料，通过水热反应，实现了一步法合成；制备的催化材料中四氧化三铁纳米颗粒被含羟基胺类化合物牢牢的锚定在氧化石墨烯表面，有效解决了四氧化三铁的分散不均和稳定性差等问题，避免了应用过程中四氧化三体颗粒的团聚和损失；此外，四氧化三铁与氧化石墨烯及含羟基胺类化合物紧密结合，使污染物及电子转移均更为快捷，大大提升了复合材料的芬顿催化降解性能，催化材料的制备方法工艺简单、条件温和，且没有废弃物的排放，安全环保，更适合规模化工业生产和应用。

技术领域

本发明涉及一种芬顿催化剂，特别涉及一种含羟基胺类化合物功能化磁性氧化石墨烯催化材料，及其制备方法和含羟基胺类化合物功能化磁性氧化石墨烯催化材料作为芬顿催化剂在处理水中有机物中的应用，属于有机废水处理技术领域。

背景技术

随着城市和工业的快速发展，全球性水环境污染日益加剧。水体中的有机污染物种类多、危害大。采用简单的物理处理方法不能完全降解或转化污染物质，Fenton氧化技术逐渐成为人们关注的热点。亚铁盐和过氧化氢的组合成为芬顿试剂，Fe²⁺和H₂O₂反应生成具有较高氧化能力的羟基自由基，能够将有机染料、含酚废水等氧化分解为CO₂和水等小分子。该方法具有快速有效、操作过程简单等优点。然而，传统的Fenton氧化技术在试剂应用过程中还存在很多缺点，例如：高含量的铁离子易对水体产生二次污染，羟基自由基利用率较低，Fe²⁺和Fe³⁺之间的循环转化效率低等，这些弊端也限制了Fenton氧化技术的应用。为了解决上述问题，近年来，国内外许多科研工作者曾使用非均相铁系固体催化剂代替亚铁盐。在这些体系中，固相铁基催化剂可以从表面释放出亚铁离子来催化过氧化氢进而释放出羟基自由基，实现Fenton氧化反应的顺利进行。其中，采用四氧化三铁颗粒作为Fenton氧化反应的固相铁催化剂，可以实现磁性分离及多次重复应用，这方面的研究已有许多报道。四氧化三铁具有类似过氧化物酶的性质，对H₂O₂有很好的活化能力，而且四氧化三铁本身无毒，成本低廉。然而，单一制备的四氧化三铁颗粒易团聚，粒径较大，表面积受到一定的限制，Fenton催化性能不高。

很多研究学者将四氧化三铁负载在石墨烯上面，得到四氧化三铁高度分散的石墨烯复合材料，有效的提高了四氧化三铁的Fenton反应能力。石墨烯及其衍生物具有二维的平面结构、大比表面积，理论表面积高达2630m²/g，开放的孔结构以及很高的导电能力，同时通过化学氧化法制备的氧化石墨烯GO和还原氧化石墨烯RGO含有一定量的含氧官能团，这些特性使其成为固定无机纳米材料的良好载体。