一种类芬顿试剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种碳点胶粒铁离子类芬顿试剂及其制备方法和应用，其包括：(1)选用石墨棒分别作为阴极和阳极，插入到电解液中恒电位下进行电解；(2)电解完成后，将所得电解溶液过滤后得到滤液；(3)将滤液离心分离后取上清液得到纳米级别的碳点胶粒溶液；(4)在所得碳点胶粒溶液中加入三价铁离子溶液，搅拌均匀后即为类芬顿试剂。制备的碳点胶粒具有“电子银行”的特点，可以同时利用碳点共轭体系中储存的电子和污染物中固有的电子，实现电子转移将三价铁离子还原至二价铁离子，因此碳点胶粒铁离子药剂与H2O2构成的类芬顿试剂可以有效提高H2O2利用效率，显著优于传统芬顿试剂Fe

【技术实现步骤摘要】
一种类芬顿试剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及环境化学
，具体地，涉及一种类芬顿试剂及其制备方法和应用，尤其是一种纳米级别的碳点胶粒铁离子类芬顿试剂的制备方法及其还原三价铁离子实现芬顿反应中铁循环过程的应用。

技术介绍

[0002]据统计，接近60％的中国地下水水质都处于非常差的级别，优良级别的水质只占15.7％。在全国660多个城市中，利用地下水作为饮用水的城市就有400多个，全国有近1/3人口饮用地下水。因此，开发有效的地下水有机污染物的修复技术一直是环境修复领域的研究重点。
[0003]芬顿氧化技术是目前一种较为成熟的应用于地下污水处理的技术。芬顿反应最佳的工作pH是2.8
‑
3.2，一般实际操作过程中需要通过添加无机酸进行酸度调节达到芬顿反应的最佳条件，这会增加实际应用中的经济成本和操作工序。同时，传统的芬顿反应产生大量的Fe
3+
会使Haber
‑
Weiss副反应成为主导反应，导致H2O2的有效利用率降低。因此，加速Fe
3+
到Fe
2+
的转化形成铁循环过程是实现高效活化H2O2的关键点。因此，寻找一种既能作为电子供体又能与三价铁离子共存的绿色无毒副作用的调理剂，有望解决传统芬顿反应无法实现铁循环的问题。
[0004]碳点的粒径通常小于10nm，碳点作为碳材料家族中一种新型的零维碳材料受到全世界广泛的关注(ACS Appl.Mater.Interfaces.2015,7,8363)。由于其尺寸具有量子尺寸效应和介电限域效应等一些独特的性质，在荧光、生物、医药、生物成像、传感、光催化、光化学器件以及能量转换与储存领域表现出诱人的应用前景。目前，有相关报道证明了碳点具有光致发光和化学反应发光的性能，这主要与碳点上离域电子被激发和传递有关。我们设计并合成了一种碳点铁离子胶粒类芬顿药剂，并将其应用于模拟地下水污染物降解过程，有效地实现了目标污染物的去除。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种类芬顿试剂及其制备方法和应用，解决传统芬顿反应中铁循环困难的问题。
[0006]本专利技术的目的是通过以下方案实现的：
[0007]本专利技术的第一方面提供一种类芬顿试剂，所述碳点胶粒和三价铁离子的质量比为0＜m
三价铁离子
:m
碳点胶粒
≤0.04。其中所述碳点胶粒溶液的浓度可以是1
‑
500mg/L，所述三价铁离子溶液的浓度可以为0.001
‑
0.2mmol/L。
[0008]本专利技术的第二方面提供一种类芬顿试剂的制备方法，包括如下步骤：
[0009](1)选用石墨棒分别作为阴极和阳极，插入到电解液中恒电位下进行电解；电解液体积为500
‑
1000mL，恒电位下电解时间为5h
‑
240h；
[0010](2)电解完成后，将所得电解溶液过滤后得到滤液；
[0011](3)将滤液高速离心分离后取上清液得到纳米级别的碳点胶粒溶液；
[0012](4)在所得碳点胶粒溶液中加入三价铁离子溶液，搅拌均匀后即为均一、稳定的类芬顿试剂，搅拌速度100
‑
700rpm。碳点胶粒可作为电子供给体将铁离子还原至二价铁离子。
[0013]优选地，石墨棒在使用前先进行如下处理：用砂纸对购买的商业高纯度石墨棒表面进行打磨抛光，砂纸规格2000
‑
8000目；然后用超纯水清洗打磨后的高纯度石墨棒，室温晾干。高纯度石墨棒的纯度为99.999％，阴极电极为干净高纯度石墨棒，阳极电极也为干净高纯度石墨棒。
[0014]优选地，步骤(1)中，所述电解液为pH＝3
‑
10的水溶液，更优选地，所述电解液为pH＝3
‑
8的水溶液。酸洗、中性、碱性条件下都可以，只要电极阳极发生的是吸氧反应就行。
[0015]优选地，步骤(1)中，所述电解液为超纯水、盐酸水溶液或氢氧化钠水溶液。
[0016]优选地，步骤(1)中，所述恒电位为10
‑
60V。
[0017]优选地，步骤(2)中，将所得电解溶液采用0.22
‑
0.45微米滤膜过滤。
[0018]优选地，步骤(3)中，采用生物型高速离心机，转速为1000
‑
15000rpm，更优选地，转速为4000
‑
15000rpm，离心时间10
‑
60min。
[0019]优选地，步骤(4)中，所述三价铁离子溶液中，三价铁离子的浓度为0.01
‑
0.2mmol/L。其中，三价铁离子溶液包括但并不仅限于九水硝酸铁，硫酸铁，氯化铁等。
[0020]本专利技术的第三方面提供类芬顿试剂在污水处理中的应用，所述污水为含有酚类污染物的污水，酚类污染物包括但不限于苯酚系及卤代类酚类污染物。
[0021]进一步地，包括以下步骤：
[0022](1)将碳点胶粒铁离子类芬顿药剂加入到污水体系中，搅拌混合均匀；污水中污染物的浓度为0.1
‑
100mg/L
[0023](2)向步骤(1)的混合液中加入浓度为0.01
‑
50mmol/L的过氧化氢溶液，搅拌均匀即可。实现对污水中酚类有机污染物的类芬顿氧化去除。
[0024]本专利技术利用电化学作为一种绿色无污染的方法制备含氧官能团的碳点胶粒，利用碳点胶粒自身带有的含氧官能团与铁形成碳点胶粒铁离子配合物，提高三价铁离子的溶解度，同时碳点胶粒作为电子供体将三价铁离子还原为二价铁离子，实现类芬顿反应中的铁循环过程。
[0025]与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：1、本专利技术采用的电化学方法合成碳点胶粒，工艺简单，无其它二次污染。2、碳点胶粒铁离子类芬顿试剂合成方法简单，且对环境无毒副作用。3、碳点胶粒铁离子类芬顿药剂不仅能在光照条件下实现芬顿降解污染物还能再能在黑暗条件下实现芬顿降解去除水中的污染物。4、本专利技术制备的碳点胶粒具有“电子银行”的特点，可以同时利用碳点共轭体系中储存的电子和污染物中固有的电子，实现电子转移将三价铁离子还原至二价铁离子，因此碳点胶粒铁离子试剂与H2O2构成的类芬顿试剂可以有效提高H2O2利用效率，显著优于传统芬顿试剂Fe
2+
/H2O2去除地下水中的有机污染物的效果。
附图说明
[0026]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0027]图1实施例2中制备碳点胶粒的TEM图；
[0028]图2实施例3中苯酚去除结果；
[0029]图3实施例4中苯酚去除结果；
[0030]图4实施例5中苯酚去除结果；
[0031]图5实施例6中苯酚去除结果；
[0032]图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种类芬顿试剂，其特征在于，所述试剂中包括碳点胶粒和三价铁离子，所述碳点胶粒和三价铁离子的质量比为0＜m
三价铁离子
:m
碳点胶粒
≤0.04。2.一种类芬顿试剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)选用石墨棒分别作为阴极和阳极，插入到电解液中恒电位下进行电解；(2)电解完成后，将所得电解溶液过滤后得到滤液；(3)将滤液离心分离后取上清液得到纳米级别的碳点胶粒溶液；(4)在所得碳点胶粒溶液中加入三价铁离子，搅拌均匀后即为类芬顿试剂。3.根据权利要求2所述的类芬顿试剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述电解液为pH＝3
‑
10的水溶液。4.根据权利要求3所述的类芬顿试剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述电解液为超纯水、盐酸水溶液或氢氧化钠水溶液。5.根据权利要求2所述的类芬顿试剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述恒电位为10
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：钱旭芳，张婷，李鑫，汪建营，潘哲伦，闻一婵，宋定桂，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：