[发明专利]一种石墨烯中空纳米球负载零价铁的纳米材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种石墨烯中空纳米球负载零价铁的纳米材料及其制备方法。包括以下步骤：制备SiO₂@GO纳米球、制备SiO₂@rGO/nZVI纳米球、制备石墨烯中空纳米球负载零价铁的纳米材料。本发明石墨烯中空纳米球负载零价铁的纳米材料的制备方法具有极大的比表面积和极高的电子传导率，有助于发挥零价铁纳米材料对消毒副产物N‑亚硝基二甲胺的催化降解活性。另外，通过将零价铁纳米材料负载到稳定的石墨烯中空纳米球上，也能有效防止零价铁纳米材料自身团聚以及在催化降解N‑亚硝基二甲胺过程中被腐蚀，提升石墨烯中空纳米球负载零价铁的纳米材料的可重复降解效率。

技术领域

本发明涉及纳米材料技术领域，具体涉及一种石墨烯中空纳米球负载零价铁的纳米材料，本发明还涉及该石墨烯中空纳米球负载零价铁的纳米材料的制备方法。

背景技术

N-亚硝基二甲胺(NDMA)是一种具有致癌性和诱变性的N-亚硝胺。自1989年，NDMA在加拿大安大略省的饮用水中第一次作为消毒副产物被检出后，近三十多年，研究人员发现以NDMA为主的亚硝胺类消毒副产物在世界各地的饮用水厂、污水处理厂中普遍存在。NDMA是一种新兴消毒副产物，可以在饮用水和废水的氯消毒或者氯胺消毒过程中生成，在饮用水和废水处理系统中NDMA被检出最高浓度分别可以达到630ng/L和1000ng/L。目前，城市废水的间接再利用越来越受到重视，经过高度处理的城市废水正日益被视为家庭和生态应用的替代水源。然而，废水处理厂(WWTPs)的废水中含有潜在的微量污染物，如NDMA，可能会影响接收水的质量。因此，在废水深度处理过程中，有效去除包括NDMA在内的痕量污染物残留物具有十分重要的意义。

由于NDMA具有高水溶性、半挥发性和生物积累的特点，传统的废水处理技术，如空气汽提、吸附和生物降解对其去除效果不佳。高级氧化工艺(AOPs)被认为是一种有效的NDMA消除方法。在AOPs中，使用最广泛的是UV、臭氧和芬顿反应。紫外辐射对NDMA的去除是有效的。然而，要达到可接受的NDMA水平，UV处理系统的成本是相当高的。另外，芬顿氧化通常需要紫外线、可见光照射或超声波来加速降解速率，需要额外的能量消耗，也即在水处理工序中植入相应供能环节，一方面光能很难彻底作用于水体，另一方面需要对现有设备进行整体重新设计、改造，成本昂贵。因此急需研发出一种能够高效降解水体中N-亚硝基二甲胺的催化剂，且能够保证降解性能稳定、可重复利用。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种石墨烯中空纳米球负载零价铁的纳米材料的制备方法，本发明还提供了基于前述石墨烯中空纳米球负载零价铁的纳米材料的制备方法制得的石墨烯中空纳米球负载零价铁的纳米材料，以解决现有用于水体中含氮消毒副产物N-亚硝基二甲胺降解的工艺存在的效率低、成本高、不彻底、需要额外提供能量等缺陷。

第一方面，本发明提供了一种石墨烯中空纳米球负载零价铁的纳米材料的制备方法，包括以下步骤：

制备SiO₂@GO纳米球：提供SiO₂纳米球和氧化石墨烯，将SiO₂纳米球和氧化石墨烯共混于去离子水中，将SiO₂纳米球和氧化石墨烯的混合液转移至水浴超声中超声6～48h，超声完后离心、真空干燥，得到SiO₂@GO纳米球；

制备SiO₂@rGO/nZVI纳米球：提供纳米零价铁并分散于去离子水中，得到第一分散系，再向第一分散系中添加SiO₂@GO纳米球和还原剂，搅拌后得到第二分散系，将第二分散系转移至水浴超声中超声6～48h，超声完后离心、真空干燥，得到SiO₂@rGO/nZVI纳米球；