[发明专利]一种磁性四氧化三铁/氧化石墨烯纳米复合类芬顿催化材料及其制备和应用

说明书

本发明公开了一种磁性四氧化三铁/氧化石墨烯纳米复合类芬顿催化材料及其制备和应用，所述磁性四氧化三铁/氧化石墨烯纳米复合类芬顿催化材料具有纳米空心球结构的Fe₃O₄，以及包覆空心球表面的褶皱状薄膜结构的氧化石墨烯；其制备方法是先利用改进的Hummers法制备氧化石墨烯GO，再利用水热法制备四氧化三铁/氧化石墨烯FGO纳米复合类芬顿催化材料。该材料具有可磁性回收使用，反应条件温和，较宽的pH适用范围，处理效果好。

技术领域

本发明属于废水处理领域，涉及一种磁性四氧化三铁/氧化石墨烯纳米复合类芬顿催化材料及其制备和应用，还涉及四氧化三铁/氧化石墨烯在非均相类Fenton光催化处理造纸废水中的应用。

背景技术

现代化制浆造纸工业是一个高能耗的行业，需要大量的水，由之产生大量污染废水，对自然环境的循环和生物体的生命活动都会产生恶劣的影响。由于造纸废水成分复杂，主要是COD、悬浮物含量高，色度严重，废水含量大，可生化性差，属于较难处理的工业废水。由于含氯漂白工艺在我国纸浆造纸工业中仍占主体，漂白过程中产生的可吸附有机卤代物就会存在排放的废水中，而有机卤化物在自然环境中很难被微生物降解，并且对自然环境中的生物体有致癌致畸作用，是造纸废水有机物中生物毒性最大的一类物质。因此，如何有效降解造纸废水的有机污染物，降低废水的毒性，提高造纸废水的可生化性引起了广泛关注。

光催化氧化技术具有很多优势，如反应条件温和可控，对有机物氧化降解的效果好等。光催化氧化技术是指在光照条件(一般是紫外光或可见光)下，利用催化剂参加光化学反应降解有机污染物，按照催化剂的不同可分为两种，一种是在反应溶液中加入某些氧化剂参与光化学反应的被称为均相光催化反应；另一种是向反应溶液中加入固相催化剂(多数为n型半导体材料)，在光照条件下，诱导发生一系列氧化还原反应，从而达到去除有机物的目的，这种被称为非均相光催化反应。然而光催化技术也有不足之处，如研究最深的半导体光催化材料TiO₂由于其较宽的带隙能，只能吸收紫外区光照，是其应用的限制因素，另外一些具有窄的带隙能和光响应特性的新型非均相光催化剂，由于以过渡金属氧化物作为粉末材料利用时难以做到固液分离，从而导致造成二次污染。另一种最具工业应用前景的难降解有机废水处理技术-Fenton氧化技术能快速地降解与矿化有机污染物，适用范围广、抗干扰能力强，同时该反应体系利用了H₂O₂作为氧化剂，因为其最终分解产生H₂O和O₂，绿色环保，对环境无毒害作用，但其缺点需要在强酸性条件下进行，需要在反应之前向反应体系中加入大量的酸来降低废水的pH值，而在反应完成之后又需要大量的碱将pH值调整为中性，费时费力的同时也明显增加了废水处理成本。此外，添加到反应体系中的铁盐类催化在反应结束后容易形成难以处置的铁泥，不仅浪费资源，而且对环境还会造成二次污染。

由此可见，发明一种新型光催化氧化材料，具有可磁性回收使用，反应条件温和，较宽的pH适用范围，处理效果好，且不需要额外的向反应体系添加氧化剂等优点，对处理工业造纸废水问题有着重要的研究意义。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种光敏性强，适用pH范围广，过氧化氢用量少，且可磁性回收并重复利用的磁性四氧化三铁/氧化石墨烯纳米复合类芬顿催化材料。

本发明第二个目的在于提供一种操作简单、条件温和、低成本的制备所述磁性四氧化三铁/氧化石墨烯纳米复合类芬顿催化材料的方法。

本发明第三个目的在于提供所述的磁性四氧化三铁/氧化石墨烯纳米复合类芬顿催化材料对造纸废水的催化应用，在酸性到中性条件下对造纸废水生化出水具有很好的适用性，能够有效除去废水中毒性较大且难降解的污染物，并且可通过外加磁场的方式回收，经多次回用催化活性无明显下降。

本发明的上述目的，通过以下技术方案予以实现：