[发明专利]一种FeS-GQDs复合纳米材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种FeS‑GQDs复合纳米材料及其制备方法和应用，方法包括：将石墨烯量子点溶解在蒸馏水中，再将FeSO4的水溶液和Na₂S的水溶液加入混合，反应10 h，待反应产物冷却后，进行透析，制得FeS‑GQDs复合纳米材料。与其他催化材料的制备方法相比，本发明操作简单，催化效率高，减少了二次环境污染问题。该FeS‑GQDs复合纳米材料通过催化降解甲基橙的实验为测试，综合评定了其在有机物降解方面的催化活性，为含有有机污染物的工业废水的处理提供了可靠实验依据；为石墨烯基类Fenton催化剂的生产及在环境领域的应用提供了新的思路。

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，具体涉及一种FeS-GQDs复合纳米材料及其制备方法和应用。

背景技术

石墨烯量子点（GQDs）是一种新型的纳米材料，由于良好的发光性、低毒性、溶解性、化学惰性等特殊性质，使其在医学领域、环境领域、电子领域拥有巨大的潜在应用，也引起了众多研究者的关注。2012年，Zhuo等运用超声波制备出GQDs，发现所制备的GQDs可以表现出激发独立的下转换和上转换光致发光(PL)的行为。同时进一步与二氧化钛结合，制备出金红石复合光催化剂(TiO2/GQDs)，其光催化效率在可见光下，为之前亚甲蓝降解的9倍。这种纳米材料具有许多优异的半导体量子点的光学性能，如荧光强度高，易生物耦合等优点。GQDs在表面上具有大量的羧基，使得它们具有良好的水溶性，并且能够与各种无机材料，聚合物，抗体和生物分子结合。同时，石墨烯类纳米材料是化学界当前最热门的研究材料，并且GQDs本身不含有任何有毒元素，显示出良好的生物相容性。其具有制备方法简单，成本低，可大规模制备等一系列优点。

近年来，随着医药工业的迅速发展，工业有机废水对环境的污染日益加剧, 也将产生负面的环境效应。芬顿(Fenton)法是一种深度氧化技术，即利用Fe离子和H2O2之间的链反应催化生成具有强氧化性的OH自由基，以达到氧化降解污染物的目的。特别适用于难生物降解或难以化学氧化的有机废水，如垃圾渗滤液的氧化处理，是一种很有应用前景的废水处理技术。但传统Fenton法存在以下缺陷：处理高浓度污染物时H₂O₂用量大，适用pH范围小(一般须在pH<3时进行)，导致废水处理成本较高；常规的Fenton试剂属于均相催化体系，其回收成本较高，易引起二次污染等。近年来，将纳米材料运用于类Fenton反应的研究日益增多。

发明内容

针对现有问题的不足，本发明的目的是提供一种工艺简单、成本低且高性能的类Fenton催化剂制备的新方法，利用石墨烯量子点为原材料，与FeS制备光催化纳米复合材料，催化降解水中的甲基橙燃料，制备程序简单且降解效率明显，并减少了二次环境污染问题。该方法为石墨烯基类Fenton催化剂的生产及在环境领域的应用提供了新的思路。

本发明的第二个目的是提供一种FeS-GQDs复合纳米材料。

本发明的第三个目的是提供FeS-GQDs复合纳米材料的应用。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：

一种FeS-GQDs复合纳米材料，利用石墨烯量子点为原材料，与FeS制备光催化纳米复合材料；所述FeS-GQDs复合纳米材料呈球形，粒径在10-12 nm。

一种FeS-GQDs复合纳米材料的制备方法，包括如下步骤：取GQDs溶解在蒸馏水中，再将FeSO₄^.7H₂O的水溶液和Na₂S^.9H₂O的水溶液加入混合，在通氮气保护下反应10 h，然后进行透析，将透析袋内的产物真空干燥，制得FeS-GQDs复合纳米材料。

作为本申请的优选技术方案，所述GQDs通过自下而上的方法合成。