納米復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光催化降解有機(jī)污染物與同步去除水中重金屬離子的三維納米復(fù)合材料還原氧化石墨稀-Mn304/MnC03及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]能源是人類(lèi)社會(huì)發(fā)展不可或缺的物質(zhì)基礎(chǔ)之一，是人類(lèi)生存和發(fā)展的先決條件。但是作為常規(guī)的化石能源，即石油、煤炭和天然氣等，絕大多數(shù)是不可再生能源，并且儲(chǔ)量日益減少，在可預(yù)見(jiàn)的不長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)將被消耗殆盡，人類(lèi)正面臨著嚴(yán)重的能源危機(jī)。隨著能源問(wèn)題的日益嚴(yán)重，環(huán)境污染也逐漸突顯，工業(yè)化和城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷加快，環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)急劇增大，國(guó)家環(huán)境安全受到挑戰(zhàn)。而水資源的污染是環(huán)境問(wèn)題中尤為突出的一個(gè)，也是目前世界各國(guó)普遍面臨而亟待解決的問(wèn)題之一。種類(lèi)繁多的有機(jī)污染物進(jìn)入水體后，不易分解，能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定的存在于水體中，大部分本身具有毒性，許多有機(jī)物或其降解的中間產(chǎn)物具有“致癌、致畸、致突變”的“三致”作用，對(duì)人類(lèi)的健康構(gòu)成巨大的威脅。對(duì)于這些難降解的有機(jī)污染物，尤其是持久性有機(jī)污染物(POPs)，采用傳統(tǒng)的物理、化學(xué)、生物處理工藝已難以去除。因此，如何合理地利用能源，經(jīng)濟(jì)而有效地對(duì)水體中難降解有機(jī)污染物進(jìn)行控制和處理顯得尤為迫切。
[0003]光催化降解法始于1972年，是近三十年發(fā)展起來(lái)的污水處理新方法。光催化降解法可以有效地降解多種有機(jī)污染物，并將有機(jī)物全部礦化為C02、H2O或毒性較小的有機(jī)物，能徹底破壞有機(jī)物，達(dá)到無(wú)害處理的要求。但由于打02的寬禁帶(3.2 eV)，只能響應(yīng)387.5納米以下的紫外光，對(duì)太陽(yáng)光譜中占絕大部分的可見(jiàn)光則利用效率較低，從而限制了納米T12的工業(yè)化應(yīng)用發(fā)展。因此開(kāi)發(fā)出高效的可見(jiàn)光誘導(dǎo)的光催化劑具有深遠(yuǎn)的意義。而四氧化三錳的合成方法簡(jiǎn)單，原材料便宜，而且對(duì)可見(jiàn)光有很好的吸收，成為人們研究的又一個(gè)熱點(diǎn)，并且將具有優(yōu)異特性的石墨烯引入光催化劑中，與四氧化三錳形成多元異質(zhì)結(jié)，將更有利于改善催化劑的性質(zhì)，提高其光催化降解有機(jī)物的性能。
[0004]半導(dǎo)體光催化降解有機(jī)污染物技術(shù)的發(fā)展不僅能夠充分利用太陽(yáng)能這種巨大、無(wú)污染、潔凈、安全的可再生能源，達(dá)到節(jié)能的目的，而且可以有效地降解有機(jī)污染物，起到環(huán)境保護(hù)作用。因此，開(kāi)發(fā)可見(jiàn)光響應(yīng)、高效穩(wěn)定的光催化劑是解決光催化廣泛應(yīng)用于水污染治理的關(guān)鍵所在。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種新型光催化降解有機(jī)污染物與同步去除水中重金屬離子的三維納米復(fù)合材料還原氧化石墨烯_Mn304/MnC03，為解決當(dāng)今環(huán)境問(wèn)題提供了新材料。本發(fā)明的材料制備是通過(guò)冷凝回流和水熱法處理得到三維的石墨稀負(fù)載納米材料，其操作簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低廉、合成的產(chǎn)率較高，純度也很高以及重復(fù)性好，適合擴(kuò)大化生產(chǎn)的要求。
[0006]本發(fā)明是這樣來(lái)實(shí)現(xiàn)的，一種三維還原氧化石墨稀_Mn304/MnC03m米復(fù)合材料，其特征在于:該材料是由還原氧化石墨稀(RGO)、Mn3O4和MnCO 3組成的復(fù)合材料，其分子式表述為RG0-Mn304/MnC03;在300瓦的氣燈照射下，在無(wú)貴金屬共催化的情況下，50 mg的還原氧化石墨烯_Mn304/MnC03納米復(fù)合材料可以將100毫升濃度為10 5摩爾/升的亞甲基藍(lán)在90分鐘內(nèi)完全降解，且對(duì)砷離子有良好的吸附效果。
[0007]本發(fā)明的催化劑1?0-111304/^11(:03可通過(guò)改變pH，從而獲得不同組分比的RG0-Mn304/MnC03納米光催化劑。
[0008]本發(fā)明的催化劑RG0-Mn304/MnC03的制備方法為:
(1)稱(chēng)取1~3克醋酸錳于25ml燒杯中，加入5~10毫升去離子水中并置于超聲波清洗器中超聲溶解至澄清，轉(zhuǎn)移至250 ml三頸燒瓶中并回流攪拌；
(2)然后在45°C下，滴加6~130毫升乙醇，約15分鐘后逐滴添加5~10毫升氨水，滴加完畢升溫至80°C反應(yīng)3小時(shí)，離心，洗滌，真空烘干；
(3)將烘干后的樣品200毫克分散于15毫升濃度為4.6克/升的氧化石墨烯，攪拌15分鐘分散均勻之后調(diào)節(jié)溶液的PH為3.5~9.5，將所得溶液裝入25 ml的聚四氟乙烯的反應(yīng)釜中，放入150~200 °C的馬弗爐中水熱反應(yīng)12小時(shí)。
[0009](4)將水熱反應(yīng)后的樣品進(jìn)行多次過(guò)濾、洗滌，冷凍干燥，得到目標(biāo)催化劑。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:1、該多元納米材料是首次報(bào)道的以層狀氧化石墨為基底材料，通過(guò)調(diào)節(jié)溶液的PH而控制其最佳配比，合成出具有三元納米結(jié)構(gòu)的光催化降解有機(jī)物；2、本發(fā)明的催化劑是采用回流-水熱法合成，其操作簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低廉、合成的產(chǎn)率較高，純度也很高以及重復(fù)性好，適合擴(kuò)大化生產(chǎn)的要求；3、具有較好的光催化降解有機(jī)污染物和重金屬去除的性能。
【附圖說(shuō)明】
[0011 ]圖1為本發(fā)明的RG0-Mn304/MnC03催化劑的X射線粉末衍射圖。
[0012]圖2為本發(fā)明的RG0-Mn304/MnC03催化劑的拉曼圖圖3為本發(fā)明的RG0-Mn304/MnC0jf化劑的掃描電鏡圖。
[0013]圖4為本發(fā)明的RG0-Mn304/MnC03催化劑的在模擬太陽(yáng)光下降解亞甲基藍(lán)的效果比較圖。
[0014]圖5為本發(fā)明的RG0-Mn304/MnC03催化劑的全波段掃描圖。
[0015]圖6為本發(fā)明的RG0-Mn304/MnC0jf化劑的重金屬吸附與氧化對(duì)比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]以下結(jié)合【附圖說(shuō)明】對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)描述，但本實(shí)施例并不用于限制本發(fā)明，凡是采用本發(fā)明的相似結(jié)構(gòu)及其相似變化，均應(yīng)列入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0017]催化劑RG0-Mn304/MnC03的合成:
1、化合物Mn3O4的合成
稱(chēng)取1.5 g Mn (Ac) 2.4H20于25 ml燒杯中，加入6毫升H2O中并置于超聲波清洗器中超聲溶解至澄清，轉(zhuǎn)移至250 ml三頸燒瓶中并回流攪拌，然后在45°C下，滴加100 ml乙醇，約15 mins后逐滴添加氨水7.5 ml，滴加完畢升溫至80°C反應(yīng)3小時(shí)，離心，洗滌，真空烘干。
[0018]2、在pH=3.5情況下催化劑RG0_Mn304/MnC03的合成
將烘干后的樣品200 mg分散于15 ml的氧化石墨稀中，攪拌15分鐘分散均勾之后調(diào)節(jié)溶液的PH分別為3.5，將所得溶液裝入25 ml的聚四氟乙烯的反應(yīng)釜中，放入180°C的馬弗爐中水熱反應(yīng)12小時(shí)。將水熱反應(yīng)后的樣品進(jìn)行多次過(guò)濾、洗滌，冷凍干燥，得到目