[发明专利]一种磁性氧化石墨烯改性臭氧氧化催化剂及其制备方法

说明书

本发明实施例提供了一种磁性氧化石墨烯改性臭氧氧化催化剂，包括氧化石墨烯载体及附着在氧化石墨烯表面的磁性材料和活性组分；所述活性组分选自Zn、Ni、Cu、Co、Mn、Fe、Co及Ti的氧化物中的一种或至少两种的组合，所述磁性材料为Fe₃O₄。本发明实施例提供的磁性氧化石墨烯改性臭氧氧化催化剂，可以在外界磁场的作用下，实现催化剂的高效回收；进一步地，通过引入氧化石墨烯，可以提高了催化剂整体的吸附能力，增加有机污染物与臭氧的碰撞几率，提高氧化效率。

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，特别是涉及一种磁性氧化石墨烯改性臭氧氧化催化剂及其制备方法。

背景技术

随着工业化进度的推进，工业生产过程中排放出的难降解废水，给生态环境和人类健康造成严重危害。新环保法的颁布，人们希望提高污水处理的出水指标，因此对各工艺单元的性能和效率愈加挑剔。在众多涌现出的水处理方法中，高级氧化技术以其使用范围广、处理效率高、反应速度快、二次污染少等特点受到了国内外学者的青睐，成为废水处理技术的热点。高级氧化技术的核心是参与催化降解反应的催化剂。臭氧催化氧化技术中，催化剂可以催化臭氧产生羟基自由基，羟基自由基氧化能力强、无选择性，可快速氧化分解绝大部分难降解有机污染物。

石墨烯具有较大的比表面积(2630㎡/g)、良好的吸附性和导电性，可有效抑制光催化过程中产生的光生电子-空穴对的复合，增大催化剂对污染物的吸附，同时石墨烯和催化剂活性组分间会产生强烈的协同作用，大大增强催化剂的催化性能。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种磁性氧化石墨烯改性臭氧氧化催化剂及其制备方法。具体技术方案如下：

本发明首先提供了一种磁性氧化石墨烯改性臭氧氧化催化剂，包括氧化石墨烯载体及附着在氧化石墨烯表面的磁性材料和活性组分；所述活性组分选自Zn、Ni、Cu、Co、Mn、Fe、Co及Ti的氧化物中的一种或至少两种的组合，所述磁性材料为Fe₃O₄。

本发明还提供了前述磁性氧化石墨烯改性臭氧氧化催化剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：将氧化石墨烯在水中超声分散，制备氧化石墨烯悬浮液，所述氧化石墨烯悬浮液中，氧化石墨烯的质量浓度为0.5～10.0g/L；

步骤二：将所述氧化石墨烯悬浮液与含有亚铁盐和铁盐的混合溶液混合，加热至50～70℃，搅拌反应1～2小时后，调节pH至11～12，继续搅拌反应1～2小时，磁分离出磁性氧化石墨烯复合材料，洗涤并烘干；

步骤三：将过渡金属的盐溶于水中，制备过渡金属盐的水溶液；所述过渡金属盐的水溶液中，过渡金属盐的总浓度为0.5～1.5mol/L；所述过渡金属选自Zn、Ni、Cu、Co、Mn、Fe、Co及Ti中的一种或至少两种的组合；

步骤四：将步骤二所得的磁性氧化石墨烯复合材料加入到步骤三制备的过渡金属盐的水溶液中，超声分散1～2小时，获得磁性氧化石墨烯改性臭氧氧化催化剂前体；所述磁性氧化石墨烯复合材料与所述过渡金属盐的水溶液的质量比为1:(10～20)；

步骤五：在惰性气体条件下，将磁性氧化石墨烯改性臭氧氧化催化剂前体于400～500℃焙烧4～8小时，冷却后即得到磁性氧化石墨烯改性臭氧氧化催化剂。

在本发明的一些实施方式中，步骤二中，亚铁盐为水溶性亚铁盐；所述铁盐为水溶性铁盐。

在本发明的一些实施方式中，在含有亚铁盐和铁盐的混合溶液中，亚铁离子和铁离子的摩尔比2:1。

在本发明的一些实施方式中，所述氧化石墨烯悬浮液与所述含有亚铁盐和铁盐的混合溶液的体积比为(1～3):1。

在本发明的一些实施方式中，步骤一中，超声的功率为100-500W，超声分散的时间为1～2小时。