一种氧化石墨烯-钴复合纳米催化剂的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种氧化石墨烯-钴复合纳米催化剂的制备方法，属于催化材料的合成技术领域。本发明专利技术的技术方案要点为：将0.0313-0.0399g CoSO4∙7H2O溶于40mL去离子水中，然后加入0.1g氧化石墨烯，超声分散1h后加入0.1mL水合肼，再次超声分散5min，超声结束后，将溶液转移至水热反应釜中于180℃保持10h，冷却至室温，过滤，将收集的沉淀物于60℃干燥6h得到钴质量百分含量为5%-6%的氧化石墨烯-钴复合纳米催化剂。本发明专利技术制得的氧化石墨烯-钴复合纳米催化剂在中性和碱性环境下不溶解，结晶和催化性能好，而且具有较好的可见光响应能力，在太阳光下能够高效催化Oxone降解≥50mg·L-1罗丹明B染料废水，具有稳定、高效低廉和无毒等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于催化材料的合成
，具体涉及一种能够高效催化Oxone降解罗丹明B染料废水的氧化石墨烯-钴复合纳米催化剂的制备方法。
技术介绍
罗丹明B是以氧杂蒽为母体的荧光染料，因其具有非选择性的着色力和不易褪色的特点而被广泛应用于食品染色、荧光标记和染料着色等方面。但随后的毒理学研究表明：罗丹明B具有潜在的致癌和致突变性，现已被我国禁止作为食品添加剂使用。罗丹明B染料废水也是典型的难生物降解有机废水之一，采用常规的生物处理去除效果不够理想。Oxone（2KHSO5·KHSO4·K2SO4）为过氧硫酸氢钾复合盐的商品名称，其活性物质为单过氧硫酸氢钾KHSO5。由于一个SO3?取代HOOH形成不对称过氧化物的独特结构，使其易于激发而产生大量的硫酸根自由基（SO4·-）。Oxone/Co2+是一种类似于Fenton试剂的氧化体系，过渡金属Co2+能催化Oxone产生大量活泼的、氧化能力强且无选择性的SO4·-自由基，将水体中的有机污染物质彻底氧化为CO2、H2O和无机盐。该技术因处理效率高，尤其在难生物降解污染物的去除中具有优良的表现，使其一直成为人们关注的研究热点。Oxone/Co2+氧化体系中常采用水溶性的硫酸钴作为催化剂，能够促使SO4·-自由基的大量生成，从而保证氧化反应的顺利进行。实验研究发现：Oxone/Co2+氧化体系对处理废水时的pH值无要求，大多数情况下对中性废水的处理效果更佳。可溶性的钴盐会在反应结束后随水排放，但是，“钴”属于重金属元素，能在生物体内富集，可以通过食物链在人体中蓄积，因此对生态环境和人类健康具有潜在的危害作用。为了避免可溶性重金属钴的污染，我们曾采用紫外光来催化Oxone产生SO4·-自由基，这种方法催化效果不够理想。近年来，由于石墨烯具有独特的电子特征、极大的比表面积和较高的透明度使其成为合成复合光催化剂的理想载体；合成的石墨烯复合材料在光催化降解有机物中具有许多新的特性，如有效的电荷转移与分离、扩展的光吸收范围和对污染物较好的吸附能力。然而，目前并没有关于氧化石墨烯-钴复合纳米催化剂催化Oxone降解有机染料废水的相关记载。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是提供了一种氧化石墨烯-钴复合纳米催化剂的制备方法，制得的氧化石墨烯-钴复合纳米催化剂与Oxone组成的氧化体系不仅能够有效降解罗丹明B染料废水，而且氧化石墨烯-钴复合纳米催化剂能够回收再利用，避免了钴离子对环境的二次污染。本专利技术为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种氧化石墨烯-钴复合纳米催化剂的制备方法，其特征在于具体步骤为：（1）以天然石墨粉为原料制备氧化石墨烯，在冰浴条件下将1g石墨粉加入到23mL质量浓度为98%的浓硫酸中，搅拌10min后加入3gKMnO4，继续搅拌1h，所得深绿色混合物转移到30℃水浴中继续搅拌1h，随后在96℃水浴下逐滴加入46mL去离子水，继续搅拌30min，最后加入10mL双氧水和140mL去离子水终止反应，所得的混合物在4000rpm的条件离心10min，然后用质量浓度为5%的盐酸和乙醇各洗涤三次，收集所得沉淀物于60℃干燥12h得到氧化石墨烯；（2）将0.0313-0.0399gCoSO4?7H2O溶于40mL去离子水中，然后加入0.1g氧化石墨烯，超声分散1h后加入0.1mL水合肼，再次超声分散5min，超声结束后，将溶液转移至水热反应釜中于180℃保持10h，冷却至室温，过滤，将收集的沉淀物于60℃干燥6h得到钴质量百分含量为5%-6%的氧化石墨烯-钴复合纳米催化剂。本专利技术所述的氧化石墨烯-钴复合纳米催化剂催化Oxone催化降解罗丹明B染料废水的方法，其特征在于：所述的氧化石墨烯-钴复合纳米催化剂为依据上述方法直接制得的钴质量百分含量为5%-6%的氧化石墨烯-钴复合纳米催化剂，具体过程为在常温室内或者室外强光条件下，将由5mL摩尔浓度为0.01mol/L的Oxone溶液和0.005g氧化石墨烯-钴复合纳米催化剂组成的氧化体系加入到50mL质量浓度为50mg/L的罗丹明B染料废水中催化降解罗丹明B，其中氧化石墨烯-钴复合纳米催化剂过滤回收后重复循环使用。本专利技术制得的氧化石墨烯-钴复合纳米催化剂在中性和碱性环境下不溶解，结晶和催化性能好，而且具有较好的可见光响应能力，在太阳光下能够高效催化Oxone降解≥50mg·L-1罗丹明B染料废水，具有稳定、高效低廉和无毒等优点，能够应用于难生物降解有机污染物的降解，具有较强的市场应用前景。附图说明图1是本专利技术实施例5制得的钴的质量百分含量为5%的氧化石墨烯-钴复合纳米催化剂的超高分辨透射电子显微镜图，其中薄层为氧化石墨烯，薄层上的黑点为负载的钴。图2是本专利技术实施例5制得的钴的质量百分含量为5%的氧化石墨烯-钴复合纳米催化剂上负载钴的超高分辨透射电子显微镜图。具体实施方式以下通过实施例对本专利技术的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本专利技术上述主题的范围仅限于以下的实施例。凡基于本专利技术上述内容实现的技术均属于本发明的范围。实施例1以天然石墨粉为原料制备氧化石墨烯，在冰浴条件下将1g石墨粉加入到23mL质量浓度为98%的浓硫酸中，搅拌10min后加入3gKMnO4，继续搅拌1h，所得深绿色混合物转移到30℃水浴中继续搅拌1h，随后在96℃水浴下逐滴加入46mL去离子水，继续搅拌30min，最后加入10mL双氧水和140mL去离子水终止反应，所得的混合物在4000rpm的条件离心10min，然后用质量浓度为5%的盐酸和乙醇各洗涤三次，收集所得沉淀物于60℃干燥12h得到氧化石墨烯备用。实施例2在常温室内条件下5mL摩尔浓度为0.01mol·L-1的Oxone溶液对50mL质量浓度为50mg·L-1的罗丹明B染料废水催化降解20min的降解效率为0.911%。实施例3在常温室内条件下5mL摩尔浓度为0.01mol·L-1的Oxone溶液与0.005g氧化石墨烯组成的体系对50mL质量浓度为50mg·L-1的罗丹明B染料废水催化降解20min的降解效率为0.945%。实施例4首先将0.0313g的CoSO4?7H2O溶于40mL去离子水中，然后加入0.1g的氧化石墨烯，超声分散1h，再加入0.1mL水合肼，搅拌均匀，再次超声分散5min，超声结束后，将溶液转移至水热反应釜中，密闭后于180℃保持10h，冷却至室温，过滤，将收集的沉淀物于60℃干燥6h得到钴质量百分含量为5%的氧化石墨烯-钴复合纳米催化剂。在常本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氧化石墨烯‑钴复合纳米催化剂的制备方法，其特征在于具体步骤为：（1）以天然石墨粉为原料制备氧化石墨烯，在冰浴条件下将1g石墨粉加入到23mL质量浓度为98%的浓硫酸中，搅拌10min后加入3g KMnO4，继续搅拌1h，所得深绿色混合物转移到30℃水浴中继续搅拌1h，随后在96℃水浴下逐滴加入46mL去离子水，继续搅拌30min，最后加入10mL双氧水和140mL去离子水终止反应，所得的混合物在4000rpm的条件离心10min，然后用质量浓度为5%的盐酸和乙醇各洗涤三次，收集所得沉淀物于60℃干燥12h得到氧化石墨烯；（2）将0.0313‑0.0399g CoSO4∙7H2O溶于40mL去离子水中，然后加入0.1g氧化石墨烯，超声分散1h后加入0.1mL水合肼，再次超声分散5min，超声结束后，将溶液转移至水热反应釜中于180℃保持10h，冷却至室温，过滤，将收集的沉淀物于60℃干燥6h得到钴质量百分含量为5%‑6%的氧化石墨烯‑钴复合纳米催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种氧化石墨烯-钴复合纳米催化剂的制备方法，其特征在于具体步骤为：（1）以天
然石墨粉为原料制备氧化石墨烯，在冰浴条件下将1g石墨粉加入到23mL质量浓度为98%的
浓硫酸中，搅拌10min后加入3gKMnO4，继续搅拌1h，所得深绿色混合物转移到30℃水浴中
继续搅拌1h，随后在96℃水浴下逐滴加入46mL去离子水，继续搅拌30min，最后加入10mL双
氧水和140mL去离子水终止反应，所得的混合物在4000rpm的条件离心10min，然后用质量浓
度为5%的盐酸和乙醇各洗涤三次，收集所得沉淀物于60℃干燥12h得到氧化石墨烯；（2）将
0.0313-0.0399gCoSO4?7H2O溶于40mL去离子水中，然后加入0.1g氧化石墨烯，超声分散1h
后加入0.1mL水合肼，再次超声分散5min，超声结束...

【专利技术属性】
技术研发人员：皮运清，董淑英，曹治国，雷玉坤，赵鹏，邱德志，王松茵，鲁艺杰，孙剑辉，
申请(专利权)人：河南师范大学，
类型：发明
国别省市：河南;41