[发明专利]磁性石墨烯基Fen+

说明书

本发明公开了磁性石墨烯基Feⁿ⁺三维电极非均相电Fenton处理印染废水的方法，包括以下步骤：1)将磁性石墨烯基Feⁿ⁺粒子材料加入印染废水的反应槽中；2)充分混合均匀后，调节污水pH值至3～11；3)在电极电流0.16～0.98A的条件下电Fenton反应，最后静置，磁分离回收粒子电极材料，即可；所述反应槽以磁性石墨烯基Feⁿ⁺非均相催化粒子材料作为阳极板、阴极板之间的第三电极，组成三维粒子电极反应装置。本发明具有处理效果好、pH值适应范围宽、粒子电极可重复利用、避免二次污染、电流效率高、电催化活性稳定等特点。

技术领域

本发明涉及环境功能材料和水处理技术领域，具体涉及一种采用磁性石墨烯基Feⁿ⁺三维粒子电极非均相电Fenton处理印染废水的方法。

背景技术

印染废水因其含有大量的残余染料，浓度变化大，污染组分复杂，化学需氧量、色度、含盐量高，BOD₅/COD低，且染料抗氧化、抗光解性强，难以生物降解，具有“三致”作用，对动物和人类健康亦具有一定危害性。因此，废水中染料污染物的深度去除是环境修复领域的研究热点、难点之一。

高级氧化技术凭借其高反应活性，可在短时间内将有机污染物质特别是微量及持久性难生物降解的物质转化成易生物降解的小分子物质，提高废水生化性，降低处理难度。常用的高级氧化技术包括传统芬顿法(Fenton法)、组合类臭氧法、光催化氧化法和电氧化法等。然而，传统Fenton法的pH适用范围窄，铁盐污泥产量大，运行控制要求高；光催化氧化法受到能效低的限制；臭氧氧化法也有氧化选择性强、氧化有机物不彻底等缺陷。

电芬顿(电Fenton)技术是一种基于Fenton反应的电化学高级氧化技术，其作用机制是利用阴极原位电化学反应产生的H₂O₂、投加的催化剂(Fe²⁺)作为Fenton试剂的持续来源，二者反应产生的·OH氧化废水中污染物质，达到去除水中污染物的目的。但是电Fenton技术存在电流效率低、Fe²⁺不易再生、产生H₂O₂的阴极材料等不利因素。此外，用于电Fenton体系的电极主要有二维电极和三维电极。相比较于传统二维电极，三维电极通过加入粒子电极以增大电极比表面积，且缩短转移距离，增大反应区域，从而加快电化学反应速率。已有不少学者研究了具有催化功能的粒子材料(活性炭、金属导电粒子和陶瓷等)作为三维电极，但存在降解不稳定和重复使用效果不理想的缺陷。

石墨烯是一种由C原子通过sp²杂化方式形成的蜂窝状平面结构，这种结构的材料既可以翘曲成零维的足球烯、弯曲成一维的碳纳米管，又可以交联成三维石墨烯。石墨烯具有大比表面积、高导电性及热稳定性等优点，在回收吸附、催化剂载体、储能、电化学电极等领域有着非常广阔的应用前景。此外，石墨烯制备的原料来源丰富、价格便宜、制备方法简单。石墨烯的结构还易于通过改性、掺杂等方式进行调控和设计。因此，若能对石墨烯进行改性，并将该改性材料作为三维粒子电极应用到电Fenton装置中，可以增加其与污染物的接触面积，而因其本身优异的导电性又可以降低能耗，提升电流效率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足之处而提供一种采用磁性石墨烯基Feⁿ⁺三维粒子电极非均相电Fenton处理印染废水的方法。

本发明采用的粒子材料为在石墨烯表面负载上多价态铁(Feⁿ⁺/铁氧化物) 作为非均相催化活性的组分，同时加载上磁性，制备出磁性石墨烯基Feⁿ⁺非均相催化粒子材料。将该粒子材料作为三维电极应用到电Fenton装置中，形成一种磁性石墨烯基Feⁿ⁺非均相电Fenton方法，并采用该方法用于处理印染废水。该方法具备常规方法所不具备的诸多优势，比如pH值适应范围宽、电化学性能优良、粒子电极可磁性回收等，具有广泛的发展前景。