一种氧化石墨烯负载多酚纳米铁活化过硫酸盐修复氯代烃污染水体的方法技术

本发明专利技术公开了一种氧化石墨烯负载多酚纳米铁活化过硫酸盐修复氯代烃污染水体的方法，包括制备氧化石墨烯、多酚还原法制备氧化石墨烯负载纳米铁，将氧化石墨烯负载多酚纳米铁悬浮液加入待修复氯代烃污染水体中进行搅拌，在溶液充分混合后再加入过硫酸盐启动反应。该方法利用石墨烯类材料作为纳米铁负载、污染物富集材料，一方面通过增强污染物与纳米铁的接触，提高纳米铁对氯代烃还原效率，另一方面利用氧化石墨烯超强电子传输能力，增强纳米铁还原及活化过硫酸盐氧化过程的电子传质效率，从而提高氯代烃的降解效率，降低硫酸亚铁和过硫酸盐的用量，具有反应效率高、环境友好，无二次污染等优点。污染等优点。污染等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种氧化石墨烯负载多酚纳米铁活化过硫酸盐修复氯代烃污染水体的方法


[0001]本专利技术涉及水体有机污染处理
，具体为一种氧化石墨烯负载多酚纳米铁活化过硫酸盐修复氯代烃污染水体的方法。

技术介绍

[0002]氯代有机化合物作为难降解有机化合物，部分具有“致癌、致畸、致突变”等毒性作用，在我国68种优先控制污染物黑名单中，氯代烃类排名第一。随着工业生产的发展，氯代烃类化合物在合成、运输、贮存过程中由于“跑、冒、滴、漏”引起的水环境污染问题已引起人们的重视。
[0003]目前，国内外关于氯代烃污染水体修复技术的研究有很多，随着纳米技术的发展，各种纳米材料被越来越多的应用于环境修复领域中，纳米铁作为其中的佼佼者应用最为广泛，潜力最为巨大，但纳米铁粒径小易团聚的特点也使其应用受到一定限制。石墨烯类碳材料(石墨烯、氧化石墨烯、还原氧化石墨烯等)作为一种新型材料，由于独特的二维结构、高比表面积和对有机物极强的吸附性能而常被用作选择性分离膜和吸附剂,短短几年间，在水处理行业得到快速发掘和开发。然而，大量研究表明纳米铁对于饱和性氯代烷烃(如三氯丙烷等)的降解效果并不理想，石墨烯类材料对于氯代烃的吸附亦不能实现污染物的彻底去除，而高级氧化技术的发展为此提供了新的思路，尤其是Fe(Ⅱ)活化过硫酸盐高级氧化技术，由于周期短、见效快、成本低的修复特点，越来越受到人们的关注。
[0004]近年来，越来越多的学者尝试将纳米铁材料应用于高级氧化技术中，利用其代替Fe(II)作为活化剂，可解决Fe(II)过快氧化成Fe(III)，过硫酸盐活化效率较低的问题。利用纳米铁活化过硫酸盐方法修复非饱和性氯代烃(如三氯乙烯等)污染水体可取得较理想效果，但对饱和性氯代烷烃污染水体，由于反应传质速率有限、降解途径单一，因此仅能在一定程度上提高污染物去除效果，反应过程氧化剂投加量较大。在活化剂纳米铁的制备方面，应用植物多酚提取液制备纳米铁，可显著降低纳米铁制备成本，且绿色环保，对环境无二次污染风险；加入到过硫酸盐氧化反应体系，多酚提取液自身亦可作为活化剂，直接活化过硫酸根生成硫酸根自由基。但研究表明，多酚纳米铁自身对氯代烃的还原效率较低，主要是受限于与污染物的接触和电子传输效率。随着石墨烯类材料研究的不断深入，发现其具有超强的吸附及电子传输能力，利用石墨烯及其衍生材料负载纳米铁去除重金属和有机农药均取得了不错的成效，但对氯代有机物的污染降解应用有效性验证较少。
[0005]综上所述，应用纳米铁/改性纳米铁、活化过硫酸盐等现有氧化还原技术，处理水体中的难降解性氯代烃，存在着反应药剂投加量大、降解路径单一、反应传质速率低、污染处理效果不理想等问题。
[0006]专利技术人检索到以下相关专利文献：
[0007]CN110526311A公开了一种利用绿茶纳米铁活化过硫酸盐体系修复有机污染水体的药剂，该方法利用绿茶提取液作为螯合剂和封端剂，还原制备出分散性能良好的纳米铁
颗粒，解决了纳米铁容易氧化和团聚问题，用其活化过硫酸盐降解水体中有机污染，提高了过硫酸盐活化效率及污染物的降解率，降低了修复成本，但绿茶纳米铁本身还原活性仍较低，修复主要作用机理为氧化反应，因此反应途径单一，氯代烃处理效果有限。CN112811565A公开了一种海泡石负载纳米铁活化过硫酸盐的体系及其应用，该方法利用海泡石表面的多孔结构以及粘着力能够很好的固定纳米铁颗粒,解决了现有技术中铁活化过硫酸钠效率较低,催化剂不易回收重复使用等问题，但海泡石属于粘土类矿物质，不具有导电性，不能进行电子传输，因此在氧化还原反应过程中无法起到增强传质效率的作用。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种氧化石墨烯负载多酚纳米铁活化过硫酸盐修复氯代烃污染水体的方法，能显著降低氧化剂用量，从纳米铁吸附
‑
还原和过硫酸盐氧化两种途径显著提高氯代烃的降解效率，将其用于处理氯代烃污染水体，高效、环境友好，无二次污染，可以解决现有纳米铁还原氯代烃及纳米铁活化过硫酸盐氧化氯代烃过程中反应药剂投加量大、降解路径单一、反应传质速率低、污染物降解效果不理想的问题。
[0009]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0010]一种氧化石墨烯负载多酚纳米铁活化过硫酸盐修复氯代烃污染水体的方法，包括以下步骤：
[0011]S1：氧化石墨烯的制备：
[0012]S101：在250mL的烧杯中加入100mL 98％的浓硫酸，然后加入1.0
‑
3.0g的石墨粉和0.5
‑
1.5g硝酸钠，在冰水浴中机械搅拌15min；
[0013]S102：将5
‑
15g高锰酸钾缓慢加入到S101混合物中，控制温度低于5℃下机械搅拌；
[0014]S103：除去冰浴，将S102混合液移到水温为35
‑
40℃的恒温水浴锅中保持30min，再向其中加入超纯水；
[0015]S104：将S103混合液移入98℃的恒温水浴锅中,保持15min，加入一定量的双氧水，过滤洗涤，70℃下真空干燥12h；最后得到棕色的固体，用研钵研磨，获得氧化石墨烯材料；
[0016]S2：多酚还原法制备氧化石墨烯负载纳米铁：
[0017]S201：将氯化铁溶解到去离子水中，得到铁盐溶液，备用；
[0018]S202：利用水浴锅将水烧至沸腾，加入茶叶、干石榴叶和银杏叶，同时用叶轮搅拌器搅拌15
‑
30min，然后停止加热，将产物用滤网过滤所得滤液为植物多酚提取液，冷却备用；
[0019]S203：将S104中一定量的氧化石墨烯材料分散于冷却后的多酚提取液中，同时用叶轮搅拌器搅拌15
‑
30min；
[0020]S204：再将S201中的铁盐溶液缓慢加入到分散有氧化石墨烯的多酚提取液中，整个混合过程用叶轮搅拌器搅拌，并持续搅拌0.5
‑
1h，即制得氧化石墨烯负载多酚纳米铁悬浮液，密封备用；
[0021]S3：在待修复氯代烃污染水体中加入氧化石墨烯负载多酚纳米铁悬浮液后进行搅拌，使溶液充分混合后再加入过硫酸盐即可。
[0022]更进一步地，S101中加入的石墨粉和硝酸钠的质量比为2：1。
[0023]更进一步地，S102中加入的高锰酸钾和混合物中石墨粉的质量比为5：1。
[0024]更进一步地，S103中加入的超纯水的体积为100
‑
200mL。
[0025]更进一步地，S104中加入的双氧水的体积为20
‑
25mL，质量分数为30％
‑
40％。
[0026]更进一步地，S201中铁离子的浓度为0.05
‑
0.15mol/L。
[0027]更进一步地，S202中加入的茶叶、干石榴叶和银杏叶的量为：每升水中加入量均为10
‑
20g，并保持水温度在80
‑
90℃。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氧化石墨烯负载多酚纳米铁活化过硫酸盐修复氯代烃污染水体的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：氧化石墨烯的制备：S101：在250mL的烧杯中加入100mL 98％的浓硫酸，然后加入1.0
‑
3.0g的石墨粉和0.5
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1.5g硝酸钠，在冰水浴中机械搅拌15min；S102：将5
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15g高锰酸钾缓慢加入到S101混合物中，控制温度低于5℃下机械搅拌；S103：除去冰浴，将S102混合液移到水温为35
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40℃的恒温水浴锅中保持30min，再向其中加入超纯水；S104：将S103混合液移入98℃的恒温水浴锅中,保持15min，加入一定量的双氧水，过滤洗涤，70℃下真空干燥12h；最后得到棕色的固体，用研钵研磨，获得氧化石墨烯材料；S2：多酚还原法制备氧化石墨烯负载纳米铁：S201：将氯化铁溶解到去离子水中，得到铁盐溶液，备用；S202：利用水浴锅将水烧至沸腾，加入茶叶、干石榴叶和银杏叶，同时用叶轮搅拌器搅拌15
‑
30min，然后停止加热，将产物用滤网过滤，所得滤液为植物多酚提取液，冷却备用；S203：将S104中一定量的氧化石墨烯材料分散于冷却后的多酚提取液中，同时用叶轮搅拌器搅拌15
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30min；S204：再将S201中的铁盐溶液缓慢加入到分散有氧化石墨烯的多酚提取液中，整个混合过程用叶轮搅拌器搅拌，并持续搅拌0.5
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1h，即制得氧化石墨烯负载多酚纳米铁悬浮液，密封备用；S3：在待修复氯代烃污染水体中加入氧化石墨烯负载多酚纳米铁悬浮液后进行搅拌，使溶液充分混合后再加入过硫酸盐(PS)即可。2.如权利要求1所述的一种氧化石墨烯负载多酚纳米铁活化过硫酸盐修复氯代烃污染水体的方法，其特征在于：S101中加入的石墨粉和硝酸钠的质量比为2：1。3.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：李卉，王妍妍，宋乐，孔祥科，马丽莎，
申请(专利权)人：中国地质科学院水文地质环境地质研究所，
类型：发明
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