一种Cu/石墨烯类Fenton催化剂制造技术

一种Cu/石墨烯类Fenton催化剂，可通过一步水热法制备，此次催化剂可实现Cu纳米颗粒的可控生长和氧化石墨烯(GO)还原的同步进行，在H2O2存在条件下，当GO与Cu的质量比为3∶17时，经过4h催化反应，Cu‑RGO催化剂对亚甲基蓝的降解率可达到99.5%，经过6次循环使用对亚甲基蓝的降解率仍保持在98.1%以上，Cu‑RGO催化剂展现了较高的催化活性及良好的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种Cu/石墨烯类Fenton催化剂
本专利技术涉及一种催化剂，尤其涉及一种Cu/石墨烯类Fenton催化剂。
技术介绍
Fenton氧化法作为高级氧化技术的代表，其所产生的羟基自由基(·OH)几乎可以消除全部有机污染物，被认为是最有前景的废水处理技术之一。然而，Fenton法存在材料利用率低、有效pH范围窄以及反应过程中易产生污泥沉淀等缺陷，为了解决此类问题，在Fenton法的基础上又派生出了一系列机理相似的类Fenton技术，如非均相类Fenton反应体系，不仅保留了均相反应处理范围广和反应速度快的优点，同时也避免了因金属离子流失而造成的二次污染。然而多数类Fenton催化反应过程需要借助超声、电和光等外界条件，这不仅带来了能量的大量消耗，也在一定程度上增加了操作难度，不利于类Fenton技术的进一步推广。因此，研究具有高稳定性、高降解效率的类Fenton催化剂具有良好的应用前景。铜是一种重要的金属元素，自身无毒，成本低廉，是应用较为广泛的金属材料之一。但是纳米铜在制备和使用过程中容易团聚，并且纳米铜很不稳定，容易被氧化失效。近年来，铜作为双氧水羟基化催化苯制备苯酚的重要催化组分得到了广泛的研究，在相同条件下，Cu/H2O2体系比其他过渡金属(Ni、Mn、Co等)/H2O2体系更容易产生·OH。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了为了提高Fenton催化剂的催化活性和稳定性，，设计了一种Cu/石墨烯类Fenton催化剂。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：Cu/石墨烯类Fenton催化剂的制备原料包括：氧化石墨，亚甲基蓝(MB)，双氧水(H2O2，分析纯)，三水合硝酸铜(Cu(NO3)2·3H2O，分析纯)，氢氧化钠(NaOH，分析纯)，无水乙醇(分析纯)。Cu/石墨烯类Fenton催化剂的制备步骤如下：以水热法制备Cu-RGO催化剂，其中氧化石墨烯(GO)与Cu的质量比为3∶17，具体制备过程如下：称取1000mg的Cu(NO3)2·3H2O溶于20mL的去离子水中，在快速搅拌下用10%的NaOH溶液调节pH=10，抽滤，滤饼以去离子水和无水乙醇洗涤，然后将滤饼转移到50mL的烧杯中，用20mL的无水乙醇作为分散剂，超声30min使其均匀分散。另外取10mg以改进Hummers方法制得的氧化石墨，加入到50mL无水乙醇中，超声剥离30min后形成氧化石墨烯的乙醇溶液。将上述两种体系混合，超声10min后以10%的NaOH溶液调节pH=10，搅拌30min后将其转入到100mL的聚四氟乙烯的水热反应釜中，200℃下反应10h。反应完毕抽滤，滤饼用去离子水和乙醇洗涤，60℃真空干燥8h后，研磨样品备用。本专利技术的有益效果是：Cu/石墨烯类Fenton催化剂在H2O2存在条件下，当GO与Cu的质量比为3∶17时，经过4h催化反应，Cu-RGO催化剂对亚甲基蓝的降解率可达到99.5%，经过6次循环使用对亚甲基蓝的降解率仍保持在98.1%以上，Cu-RGO催化剂展现了较高的催化活性及良好的稳定性。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1是温度对MB降解效果的影响。图2是双氧水用量对MB降解效果的影响。图3是催化剂用量对MB降解效果的影响。图4是Cu-RGO催化剂循环使用的催化性能。具体实施方式实施例1：Cu/石墨烯类Fenton催化剂的制备原料包括：氧化石墨，亚甲基蓝(MB)，双氧水(H2O2，分析纯)，三水合硝酸铜(Cu(NO3)2·3H2O，分析纯)，氢氧化钠(NaOH，分析纯)，无水乙醇(分析纯)。Cu/石墨烯类Fenton催化剂的制备步骤如下：以水热法制备Cu-RGO催化剂，其中氧化石墨烯(GO)与Cu的质量比为3∶17，具体制备过程如下：称取1000mg的Cu(NO3)2·3H2O溶于20mL的去离子水中，在快速搅拌下用10%的NaOH溶液调节pH=10，抽滤，滤饼以去离子水和无水乙醇洗涤，然后将滤饼转移到50mL的烧杯中，用20mL的无水乙醇作为分散剂，超声30min使其均匀分散。另外取10mg以改进Hummers方法制得的氧化石墨，加入到50mL无水乙醇中，超声剥离30min后形成氧化石墨烯的乙醇溶液。将上述两种体系混合，超声10min后以10%的NaOH溶液调节pH=10，搅拌30min后将其转入到100mL的聚四氟乙烯的水热反应釜中，200℃下反应10h。反应完毕抽滤，滤饼用去离子水和乙醇洗涤，60℃真空干燥8h后，研磨样品备用。实施例2：制备Cu/石墨烯类Fenton催化剂并进行实验，实验中的吸附过程中，c/c0随温度的降低而减小，表明吸附过程是放热反应，低温能促进RGO对MB的吸附，同时Cu-RGO催化剂对MB具有很好的吸附能力，催化剂中作为载体的石墨烯片层与MB分子通过静电引力和π-π堆叠作用，为染料分子提供了更多的吸附活性位点。从图1可以看出，加入双氧水后，随着反应时间的变化，Cu-RGO催化剂对MB的催化降解效果影响非常明显，c/c0随反应时间的延长逐渐降低，MB溶液的浓度逐渐变小，说明在Cu-RGO催化剂作用下，H2O2充分解离为·OH基团，进而直接氧化MB并使其显色基团脱色。此外，反应温度在25~30℃时的c/c0降低幅度要远大于20~25℃的，这是因为温度的升高促进了双氧水在Cu-RGO催化剂上解离为·OH自由基的速率，并且温度越高提升得越快，从而增加了·OH自由基与吸附在RGO表面的MB的接触机会，进而促进了对MB的降解。但是，温度过高则又会使双氧水分解为水和氧气，从而降低·OH基团的浓度，导致对MB的降解效果不明显。因此，反应温度为35℃时，MB降解效果最好。实施例3：制备Cu/石墨烯类Fenton催化剂并进行实验，实验结果如图2，从图2可以看出，当Cu-RGO催化剂达到吸附-脱附平衡后，不加H2O2时，催化剂对MB并没有催化降解效果，而在加入H2O2后，MB的降解效率随着H2O2量的增加而得到逐步提高。当双氧水用量为0.5mL时，MB的降解速度最快，且降解速率也要比H2O2用量为0.3、0.4mL时的快的多，这是因为H2O2电离成的·OH自由基的浓度得到了较大的增加，进而增强了其与吸附在RGO表面的MB接触机会，促进了对MB的降解。然而，当双氧水用量再进一步增加时，催化剂对MB的降解效果则又几乎不变，这是因为过量的双氧水与体系中的·OH自由基发生了反应，抑制了过多的·OH自由基与MB反应，使得催化降解反应达到了平衡状态。实施例4：制备Cu/石墨烯类Fenton催化剂并进行实验，实验结果如图3，Cu-RGO催化剂的用量对MB降解效果的影响如图3所示。在吸附平衡过程中，催化剂用量越多，催化剂中的石墨烯对MB分子吸附量越大。而在降解过程中，随着催化剂用量的增加，降解效果也得到了显著的提高。但当催化剂的投加量大于6.5mg时，c/c0却没有明显的变化，这是因为双氧水的用量相同，Cu-RGO催化剂的继续增加并不能促进双氧水解离为·OH基团，从而导致降解效果没有明显的差异。实施例5：制备Cu/石墨烯类Fenton催化剂并进行实验，实验结果如图4，图4反映了催化剂的循环使用性能，从图中可以看出，在经过6次循环使用后，Cu-RGO催化剂活性没有明显变化，对MB的降本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Cu/石墨烯类Fenton催化剂的制备原料包括：氧化石墨，亚甲基蓝(MB)，双氧水(H2O2，分析纯)，三水合硝酸铜(Cu(NO3)2·3H2O，分析纯)，氢氧化钠(NaOH，分析纯)，无水乙醇(分析纯)。

【技术特征摘要】
1.一种Cu/石墨烯类Fenton催化剂的制备原料包括：氧化石墨，亚甲基蓝(MB)，双氧水(H2O2，分析纯)，三水合硝酸铜(Cu(NO3)2·3H2O，分析纯)，氢氧化钠(NaOH，分析纯)，无水乙醇(分析纯)。2.根据权利要求1所述的Cu/石墨烯类Fenton催化剂，其特征是：制备步骤如下：以水热法制备Cu-RGO催化剂，其中氧化石墨烯(GO)与Cu的质量比为3∶17，具体制备过程如下：称取1000mg的Cu(NO3)2·3H2O溶于20mL的去离子水中，在快速搅拌下用10%的NaOH溶液调节...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩会义，
申请(专利权)人：韩会义，
类型：发明
国别省市：辽宁,21