一種氧化石墨烯-鈷復合納米催化劑的制備方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明屬于催化材料的合成技術(shù)領域，具體涉及一種能夠高效催化Oxone降解羅丹明B染料廢水的氧化石墨烯-鈷復合納米催化劑的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]羅丹明B是以氧雜蒽為母體的熒光染料，因其具有非選擇性的著色力和不易褪色的特點而被廣泛應用于食品染色、熒光標記和染料著色等方面。但隨后的毒理學研究表明:羅丹明B具有潛在的致癌和致突變性，現(xiàn)已被我國禁止作為食品添加劑使用。羅丹明B染料廢水也是典型的難生物降解有機廢水之一，采用常規(guī)的生物處理去除效果不夠理想。
[0003]Oxone(2KHS05.KHSO4.K2SO4)為過氧硫酸氫鉀復合鹽的商品名稱，其活性物質(zhì)為單過氧硫酸氫鉀KHSO5。由于一個S03_取代HOOH形成不對稱過氧化物的獨特結(jié)構(gòu)，使其易于激發(fā)而產(chǎn)生大量的硫酸根自由基(SCV—XOxone/Co2+是一種類似于Fenton試劑的氧化體系，過渡金屬Co2+能催化Oxone產(chǎn)生大量活潑的、氧化能力強且無選擇性的S04+ —自由基，將水體中的有機污染物質(zhì)徹底氧化為C02、H20和無機鹽。該技術(shù)因處理效率高，尤其在難生物降解污染物的去除中具有優(yōu)良的表現(xiàn)，使其一直成為人們關注的研究熱點。
[0004]0xone/Co2+氧化體系中常采用水溶性的硫酸鈷作為催化劑，能夠促使S04+ —自由基的大量生成，從而保證氧化反應的順利進行。實驗研究發(fā)現(xiàn):Oxone/Co2+氧化體系對處理廢水時的PH值無要求，大多數(shù)情況下對中性廢水的處理效果更佳。可溶性的鈷鹽會在反應結(jié)束后隨水排放，但是，“鈷”屬于重金屬元素，能在生物體內(nèi)富集，可以通過食物鏈在人體中蓄積，因此對生態(tài)環(huán)境和人類健康具有潛在的危害作用。
[0005]為了避免可溶性重金屬鈷的污染，我們曾采用紫外光來催化Oxone產(chǎn)生S04+—自由基，這種方法催化效果不夠理想。近年來，由于石墨烯具有獨特的電子特征、極大的比表面積和較高的透明度使其成為合成復合光催化劑的理想載體;合成的石墨烯復合材料在光催化降解有機物中具有許多新的特性，如有效的電荷轉(zhuǎn)移與分離、擴展的光吸收范圍和對污染物較好的吸附能力。然而，目前并沒有關于氧化石墨烯-鈷復合納米催化劑催化Oxone降解有機染料廢水的相關記載。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供了一種氧化石墨烯-鈷復合納米催化劑的制備方法，制得的氧化石墨烯-鈷復合納米催化劑與Oxone組成的氧化體系不僅能夠有效降解羅丹明B染料廢水，而且氧化石墨烯-鈷復合納米催化劑能夠回收再利用，避免了鈷離子對環(huán)境的二次污染。
[0007]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案，一種氧化石墨烯-鈷復合納米催化劑的制備方法，其特征在于具體步驟為:(I)以天然石墨粉為原料制備氧化石墨烯，在冰浴條件下將Ig石墨粉加入到23mL質(zhì)量濃度為98%的濃硫酸中，攪拌1min后加入3g KMn〇4，繼續(xù)攪拌lh，所得深綠色混合物轉(zhuǎn)移到30°C水浴中繼續(xù)攪拌lh，隨后在96°C水浴下逐滴加入46mL去離子水，繼續(xù)攪拌30min，最后加入1mL雙氧水和140mL去離子水終止反應，所得的混合物在4000rpm的條件離心lOmin，然后用質(zhì)量濃度為5%的鹽酸和乙醇各洗滌三次，收集所得沉淀物于60°C干燥12h得到氧化石墨烯；(2)將0.0313-0.0399g C0SO4.7H20溶于40mL去離子水中，然后加入0.1g氧化石墨稀，超聲分散Ih后加入0.1mL水合肼，再次超聲分散5min，超聲結(jié)束后，將溶液轉(zhuǎn)移至水熱反應釜中于180°C保持10h，冷卻至室溫，過濾，將收集的沉淀物于60°C干燥6h得到鈷質(zhì)量百分含量為5%-6%的氧化石墨烯-鈷復合納米催化劑。
[0008]本發(fā)明所述的氧化石墨烯-鈷復合納米催化劑催化Oxone催化降解羅丹明B染料廢水的方法，其特征在于:所述的氧化石墨烯-鈷復合納米催化劑為依據(jù)上述方法直接制得的鈷質(zhì)量百分含量為5%_6%的氧化石墨烯-鈷復合納米催化劑，具體過程為在常溫室內(nèi)或者室外強光條件下，將由5mL摩爾濃度為0.0lmol/L的Oxone溶液和0.005g氧化石墨烯-鈷復合納米催化劑組成的氧化體系加入到50mL質(zhì)量濃度為50mg/L的羅丹明B染料廢水中催化降解羅丹明B，其中氧化石墨烯-鈷復合納米催化劑過濾回收后重復循環(huán)使用。
[0009]本發(fā)明制得的氧化石墨烯-鈷復合納米催化劑在中性和堿性環(huán)境下不溶解，結(jié)晶和催化性能好，而且具有較好的可見光響應能力，在太陽光下能夠高效催化Oxone降解250mg.L—1羅丹明B染料廢水，具有穩(wěn)定、高效低廉和無毒等優(yōu)點，能夠應用于難生物降解有機污染物的降解，具有較強的市場應用前景。
【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明實施例5制得的鈷的質(zhì)量百分含量為5%的氧化石墨烯-鈷復合納米催化劑的超高分辨透射電子顯微鏡圖，其中薄層為氧化石墨烯，薄層上的黑點為負載的鈷。
[0011]圖2是本發(fā)明實施例5制得的鈷的質(zhì)量百分含量為5%的氧化石墨烯-鈷復合納米催化劑上負載鈷的超高分辨透射電子顯微鏡圖。
【具體實施方式】
[0012]以下通過實施例對本發(fā)明的上述內(nèi)容做進一步詳細說明，但不應該將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實施例。凡基于本發(fā)明上述內(nèi)容實現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的范圍。
[0013]實施例1
以天然石墨粉為原料制備氧化石墨烯，在冰浴條件下將Ig石墨粉加入到23mL質(zhì)量濃度為98%的濃硫酸中，攪拌1min后加入3g KMnO4,繼續(xù)攪拌lh，所得深綠色混合物轉(zhuǎn)移到30°C水浴中繼續(xù)攪拌Ih，隨后在96°C水浴下逐滴加入46mL去離子水，繼續(xù)攪拌30min，最后加入1mL雙氧水和140mL去離子水終止反應，所得的混合物在4000rpm的條件離心lOmin，然后用質(zhì)量濃度為5%的鹽酸和乙醇各洗滌三次，收集所得沉淀物于60°C干燥12h得到氧化石墨烯備用。
[0014]實施例2
在常溫室內(nèi)條件下5mL摩爾濃度為0.0lmol.L—1的Oxone溶液對50mL質(zhì)量濃度為50mg.L—1的羅丹明B染料廢水催化降解20min的降解效率為0.911%。
[0015]實施例3
在常溫室內(nèi)條件下5mL摩爾濃度為0.0lmol.L—1的Oxone溶液與0.005g氧化石墨稀組成的體系對50mL質(zhì)量濃度為50mg.L—1的羅丹明B染料廢水催化降解20min的降解效率為
0.945%ο
[0016]實施例4
首先將0.03138的(^04_7!120溶于401111^去離子水中，然后加入0.1g的氧化石墨稀，超聲分散Ih，再加入0.1mL水合肼，攪拌均勾，再次超聲分散5min，超聲結(jié)束后，將溶液轉(zhuǎn)移至水熱反應釜中，密閉后于180°C保持10h，冷卻至室溫，過濾，將收集的沉淀物于60°C干燥6h得到鈷質(zhì)量百分含量為5%的氧化石墨烯-鈷復合納米催化劑。在常溫室內(nèi)條件下0.005g鈷質(zhì)量百分含量為5%的氧化石墨烯-鈷復合納米催化劑對50mL質(zhì)量濃度為50mg.L