本發(fā)明屬于水處理催化劑制備，具體涉及一種鐵鋅共摻雜類石墨烯廢水自凈化催化劑的制備方法及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
1、水體污染問(wèn)題日益嚴(yán)峻，對(duì)人類健康和生態(tài)環(huán)境構(gòu)成了巨大威脅。并且除了傳統(tǒng)污染物外，一些新型污染物因其獨(dú)特的性質(zhì)和潛在的危害引起廣泛關(guān)注。新型污染物中，內(nèi)分泌干擾物、抗生素等作為典型的水體新污染物，在環(huán)境中的廣泛存在和潛在危害已成為研究和治理的重點(diǎn)。
2、為了應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)高級(jí)氧化技術(shù)(aops)作為一種高效的廢水處理方法應(yīng)運(yùn)而生。aops通過(guò)產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化性的羥基自由基(·oh)，能夠有效降解多種有機(jī)污染物。常見(jiàn)的aops包括臭氧氧化(o3)、過(guò)氧化氫(h3o3)與紫外線(uv)聯(lián)用的光催化氧化、芬頓反應(yīng)(fenton)、電化學(xué)氧化等。這些技術(shù)在處理難降解有機(jī)物方面表現(xiàn)出色，但同時(shí)也存在顯著的局限性，尤其是高能耗和需要投加化學(xué)藥劑，增加了運(yùn)行成本和二次污染的風(fēng)險(xiǎn)。因此，通過(guò)在催化劑表面構(gòu)建足夠強(qiáng)的電場(chǎng)活化水中的溶解氧來(lái)驅(qū)動(dòng)污染物在催化劑表面自降解技術(shù)逐漸受到關(guān)注，它無(wú)需投加其他化學(xué)藥劑，能夠低能耗處理廢水中的有機(jī)污染物，降低廢水處理成本。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有的高級(jí)氧化技術(shù)存在的不足之處而提供一種鐵鋅共摻雜類石墨烯廢水自凈化催化劑的制備方法及其應(yīng)用。
2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：
3、一方面，本發(fā)明提供一種鐵鋅共摻雜類石墨烯廢水自凈化催化劑的制備方法，所述方法包括以下步驟：
4、(1)將一定量的鐵金屬鹽和鋅金屬鹽溶解在去離子水中，并用氨水調(diào)節(jié)溶液的ph，形成溶液a；
5、(2)將一定量的三聚氰胺加入到溶液a中，攪拌30min后形成分散液b；
6、(3)在分散液b中加入一定量的有機(jī)絡(luò)合劑，攪拌1h后，在80℃的水浴鍋中攪拌至干燥，再置于鼓風(fēng)干燥箱中烘干12h；
7、(4)將步驟(3)所得產(chǎn)物和一定的碳酸氫鈉研磨均勻研磨后烘干；
8、(5)將步驟(4)所得產(chǎn)物放在石英盅，用管式爐在通氮?dú)鈼l件下煅燒后，研磨得到fe0-fexcy@c催化劑。
9、本發(fā)明鐵鋅共摻雜類石墨烯廢水自凈化催化劑的制備方法，其步驟可歸類為兩步合成方法：第一步為一種簡(jiǎn)單的加熱攪拌沉淀法，第二步為煅燒法。制備得到的fe0-fexcy@c催化劑對(duì)水中有機(jī)污染物的降解具有優(yōu)良的催化性能。
10、優(yōu)選地，步驟(1)中，鐵金屬鹽為六水合氯化鐵、氯化鐵、九水合硝酸鐵、醋酸鐵、硫酸鐵和乙酰丙酮鐵等中的一種；鋅金屬鹽為硝酸鋅、氯化鋅、醋酸鋅和硫酸鋅等中的一種；溶液的ph調(diào)節(jié)為7-10，優(yōu)選為9。
11、進(jìn)一步地，鐵金屬鹽為六水合氯化鐵，鋅金屬鹽為無(wú)水氯化鋅；六水合氯化鐵物質(zhì)的量為0.5-6mmol，無(wú)水氯化鋅的物質(zhì)的量為2-10mmol。
12、進(jìn)一步地，六水合氯化鐵物質(zhì)的量為3mmol；無(wú)水氯化鋅的物質(zhì)的量為6mmol。
13、優(yōu)選地，步驟(2)中，三聚氰胺的質(zhì)量為3-15g，優(yōu)選為6g。
14、優(yōu)選地，步驟(3)中，有機(jī)絡(luò)合劑包括鹽酸多巴胺、單寧酸、吡唑和葡萄糖胺鹽酸鹽等中的一種，質(zhì)量為0.5-5g。
15、進(jìn)一步地，步驟(3)中，有機(jī)絡(luò)合劑為葡萄糖胺鹽酸鹽，質(zhì)量為1.2g。
16、優(yōu)選地，步驟(4)中，碳酸氫鈉的質(zhì)量為1-6g，優(yōu)選為4g。
17、優(yōu)選地，步驟(5)中，管式爐升溫速率為5℃/min，保持溫度為500-900℃，優(yōu)選為900℃；停留時(shí)間為2-5小時(shí)，優(yōu)選為2小時(shí)。
18、本發(fā)明還提供一種上述任一所述方法制備得到的fe0-fexcy@c催化劑。
19、由上述方法制得的fe0-fexcy@c催化劑是黑色的固體粉末；其微觀結(jié)構(gòu)是竹節(jié)狀多孔材料。該催化劑的結(jié)構(gòu)組成主要是氮摻雜類石墨烯包覆鐵鋅金屬；本發(fā)明催化劑金屬被氮摻雜類石墨烯框架緊緊包覆，材料表面能檢測(cè)到的金屬含量很低，這使得鐵鋅金屬催化性能更穩(wěn)定，不易溶出水體中。材料比表面積大，空隙眾多，水溶液通過(guò)空隙進(jìn)入材料內(nèi)部與鐵鋅金屬接觸發(fā)生界面反應(yīng)。
20、另一方面，本發(fā)明還提供一種根據(jù)上述方法制備的fe0-fexcy@c催化劑在降解水中有機(jī)污染物中的應(yīng)用，包括以下步驟：
21、將所述fe0-fexcy@c催化劑在含有有機(jī)污染物的水中分散均勻；所述有機(jī)污染物包括雙酚類(含雙酚a、雙酚f、雙酚s、雙酚b、雙酚af、雙酚ap等)、環(huán)丙沙星(cip)、磺胺甲惡唑(smz)中的至少一種。
22、本發(fā)明的有益效果在于：
23、(1)本發(fā)明提供了一種鐵鋅共摻雜類石墨烯廢水自凈化催化劑的制備方法及其應(yīng)用，制備方法簡(jiǎn)單，設(shè)備要求低；
24、(2)根據(jù)本發(fā)明提供的制備方法制得到的fe0-fexcy@c催化劑，金屬鐵(含零價(jià)鐵及多種價(jià)態(tài))被包覆在碳化有機(jī)框架內(nèi)，主要起調(diào)控材料內(nèi)部電子分布的作用，零價(jià)鐵作為活性中心不直接與污染物反應(yīng)，鐵是非消耗性的，溶出量較??；
25、(3)根據(jù)本發(fā)明提供的制備方法制得到的fe0-fexcy@c催化劑能有效快速地去除水中雙酚類(含雙酚a、雙酚f、雙酚s、雙酚b、雙酚af、雙酚ap等)、環(huán)丙沙星(cip)、磺胺甲惡唑(smz)等有機(jī)污染物，5分鐘去除率可達(dá)到80％；
26、(4)上述fe0-fexcy@c催化劑能在不添加任何氧化劑的條件下對(duì)難生物降解的有機(jī)污染物具有很好的去除效果，具有優(yōu)異的穩(wěn)定性，金屬離子溶出率很低。
1.一種鐵鋅共摻雜類石墨烯廢水自凈化催化劑的制備方法，其特征在于，所述方法為兩步合成法：第一步為加熱攪拌沉淀法，第二步為煅燒法；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(1)中所述鐵金屬鹽為六水合氯化鐵、氯化鐵、九水合硝酸鐵、醋酸鐵、硫酸鐵和乙酰丙酮鐵等中的一種，優(yōu)選為六水合氯化鐵；
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(2)中所述三聚氰胺質(zhì)量為3-15g。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(3)中所述有機(jī)絡(luò)合劑包括鹽酸多巴胺、單寧酸、吡唑和葡萄糖胺鹽酸鹽等中的一種，優(yōu)選為葡萄糖胺鹽酸鹽；所述有機(jī)絡(luò)合劑質(zhì)量為0.5-5g。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(4)中所述碳酸氫鈉的質(zhì)量為1-6g。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(5)中管式爐升溫速率為5℃/min，保持溫度為500-900℃，停留時(shí)間為2-5小時(shí)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一所述方法制備得到的fe0-fexcy@c催化劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的fe0-fexcy@c催化劑在降解水中有機(jī)污染物中的應(yīng)用。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的fe0-fexcy@c催化劑在降解水中有機(jī)污染物中的應(yīng)用，包括以下步驟：