申请日2013.05.20
公开(公告)日2013.08.14
IPC分类号C02F3/00
摘要
本发明涉及石墨烯量子点/四氧化三铁复合物催化降解酚类废水的方法，控制含有酚类化合物的废水的pH值为2-6，然后将石墨烯量子点/四氧化三铁复合物以及过氧化氢加入到废水中，控制温度为10-80℃反应5-300min，完成对废水中酚类化合物的降解。与现有技术相比，本发明所采用的催化剂制备过程简单，成本低，对于多种酚类化合物均有较高的降解效率，适用于典型行业产生的含高浓度酚类污染物的废水。
权利要求书
1.石墨烯量子点/四氧化三铁复合物催化降解酚类废水的方法，其特征在于， 该方法控制含有酚类化合物的废水的pH值为2-6，然后将石墨烯量子点/四氧化三 铁复合物以及过氧化氢加入到废水中，控制温度为10-80℃反应5-300min，完成对 废水中酚类化合物的降解。
2.根据权利要求1所述的石墨烯量子点/四氧化三铁复合物催化降解酚类废水 的方法，其特征在于，所述的石墨烯量子点/四氧化三铁复合物以石墨烯量子点、 硫酸亚铁及氯化铁为原料，通过化学共沉淀方法一步形成石墨烯量子点/四氧化三 铁复合物，具体包括以下步骤：
将FeCl3·6H2O、FeSO4·7H2O及37%盐酸混合液缓慢滴加到pH为9.0的含石 墨烯量子点的除氧超纯水中，控制反应温度为25℃，混合溶液在氮气氛围中搅拌2 小时，将反应液离心，分离出沉淀，水洗3次，再分散在水中即为石墨烯量子点/ 四氧化三铁复合物。
3.根据权利要求2所述的石墨烯量子点/四氧化三铁复合物催化降解酚类废水 的方法，其特征在于，所述的FeCl3·6H2O、FeSO4·7H2O、石墨烯量子点的重量比 为2∶1∶(0.04-20)，加入的盐酸与含石墨烯量子点的除氧超纯水的体积比为 (0.05-0.2)∶30。
4.根据权利要求1所述的石墨烯量子点/四氧化三铁复合物催化降解酚类废水 的方法，其特征在于，所述的石墨烯量子点/四氧化三铁复合物在废水中的浓度为 (0.001-1)g/L;
所述的过氧化氢在废水中的浓度为0.01-50mM;
所述的废水中酚类化合物的浓度为0.1-20mM。
5.根据权利要求1或4所述的石墨烯量子点/四氧化三铁复合物催化降解酚类 废水的方法，其特征在于，所述的酚类化合物包括苯酚、4-甲氧基苯酚、2-氨基酚、 对苯二酚、4-氯苯酚或2-甲氧基酚。
6.根据权利要求1所述的石墨烯量子点/四氧化三铁复合物催化降解酚类废水 的方法，其特征在于，所述的含有酚类化合物的废水的pH值优选为3.5，反应温 度优选30-60℃，石墨烯量子点/四氧化三铁复合物的浓度优选0.01g/L，过氧化氢 浓度优选30mM。
说明书
石墨烯量子点/四氧化三铁复合物催化降解酚类废水的方法
技术领域
本发明涉及一种降解酚类废水的方法，尤其是涉及利用石墨烯量子点/四氧化 三铁复合物模拟过氧化氢酶，在过氧化氢存在条件下作为催化剂对含有酚类化合物 的废水进行催化降解的方法。
背景技术
酚类化合物包括苯酚、甲酚、氯酚等，含酚废水是一种危害性大、污染范围广 的工业废水。大多数酚类对人体有害，长期接触被酚污染的水，会出现慢性中毒并 致癌。所以降解酚类，减轻酚类污染已经引起了大家的普遍重视。酶是催化特定化 学反应的蛋白质、RNA或其复合体，具有催化效率高、专一性强、作用条件温和 等特点。由于其高效性及专一性，酶被尝试用于酚类物质的降解过程。但大多数酶 的本质是蛋白质，这就造成了酶活性易因外界条件的改变而减小或丧失。另外，酶 的提取过程繁琐，造价高，不能重复使用也成为限制酶应用的关键因素。
为了解决各种酶的应用限制，人们发展了酶工程技术，目的是提高酶的性能， 扩展酶的应用范围。其中，酶模拟物的合成受到了广泛关注。酶模拟物也就是人工 合成酶，酶模拟物不再是蛋白质，在稳定性方面比自然酶会有非常大的提高，其最 终目的为代替酶分子实现其高效催化活性。目前得到的酶模拟物，以过氧化物酶为 例，大多数涉及贵金属，如金、银、铂等，其活性都比较低，而且制备过程条件控 制比较苛刻。所以大多数都是应用在比较灵敏的电化学检测或者免疫传感中，难以 用在工业上。其他一些碳材料或者铁氧化物材料，虽然成本低，但其活性非常小。 而一些铁氧化物与碳材料的复合物，虽然其活性比单独的碳材料或者铁氧化物材料 稍有提高，但其酚类降解效率仍然很低。目前未有利用酶模拟物得到高效酚类降解 的报道。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供的一种简捷高效 的石墨烯量子点/四氧化三铁复合物催化降解酚类废水的方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
石墨烯量子点/四氧化三铁复合物催化降解酚类废水 的方法，控制含有酚类化 合物的废水的pH值为2-6，然后将石墨烯量子点-四氧化三铁复合物以及过氧化氢 加入到废水中，控制温度为10-80℃反应5-300min，完成对废水中酚类化合物的降 解。
所述的石墨烯量子点-四氧化三铁复合物以石墨烯量子点、硫酸亚铁及氯化铁 为原料，通过化学共沉淀方法一步形成石墨烯量子点/四氧化三铁复合物，具体包 括以下步骤：
将FeCl3·6H2O、FeSO4·7H2O及37%盐酸缓慢滴加到pH为9.0的含石墨烯量 子点的除氧超纯水中，控制反应温度为25℃，混合溶液在氮气氛围中搅拌2小时， 将反应液离心，分离出沉淀，水洗3次，再分散在水中即为石墨烯量子点-四氧化 三铁复合物。
所述的FeCl3·6H2O、FeSO4·7H2O、石墨烯量子点的重量比为2∶1∶(0.04-20)， 加入的盐酸与含石墨烯量子点的除氧超纯水的体积比为(0.05-0.2)∶30。
所述的石墨烯量子点/四氧化三铁复合物在废水中的浓度为(0.001-1)g/L。
所述的过氧化氢在废水中的浓度为0.01-50mM;
所述的废水中酚类化合物的浓度为0.1-20mM。
所述的酚类化合物包括苯酚、4-甲氧基苯酚、2-氨基酚、对苯二酚、4-氯苯酚 或2-甲氧基酚，通过紫外分光光度计检测反应后各种酚类化合物特征峰吸收强度 的降低程度来确定降解的效率。
所述的含有酚类化合物的废水的pH值优选为3.5，反应温度优选30-60℃，石 墨烯量子点/四氧化三铁复合物的浓度优选0.01g/L，过氧化氢浓度优选30mM。
石墨烯量子点/四氧化三铁复合物对多种酚类化合物具有较高的降解效果，通 过紫外分光光度计检测反应后各种酚类化合物特征峰吸收强度的降低程度来确定 降解效率。对各种酚类的降解效率的测定是在酚类物质为6mM，催化剂用量为0.01 g/L，过氧化氢浓度为30mM，反应时间为3小时，反应温度为30℃，反应pH 3.5 条件下测定的。其结果显示苯酚降解效率为80.3%，4-甲氧基苯酚降解效率为 46.7%，2-氨基酚降解效率为47.9%，对苯二酚降解效率为41.0%，4-氯苯酚降解效 率为21.7%，2-甲氧基酚降解效率为26.3%。
与现有技术相比，本发明采用的催化剂制备过程简单，成本低，对于多种酚类 化合物均有较高的降解效率，适用于典型行业产生的含高浓度酚类污染物的废水， 构建的新型降解酚类化合物的方法，具有广泛的应用前景。