CN108772090A - 铁基量子点修饰的g-C3N4可见光驱动类芬顿催化剂 - Google Patents
铁基量子点修饰的g-C3N4可见光驱动类芬顿催化剂 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108772090A CN108772090A CN201810542162.6A CN201810542162A CN108772090A CN 108772090 A CN108772090 A CN 108772090A CN 201810542162 A CN201810542162 A CN 201810542162A CN 108772090 A CN108772090 A CN 108772090A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- iron
- quantum dot
- catalyst
- based quantum
- optical drive
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 120
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 title claims abstract description 76
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 61
- 239000002096 quantum dot Substances 0.000 title claims abstract description 49
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 31
- 238000012986 modification Methods 0.000 claims abstract description 29
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 6
- 230000004048 modification Effects 0.000 claims description 22
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- VTLYFUHAOXGGBS-UHFFFAOYSA-N Fe3+ Chemical class [Fe+3] VTLYFUHAOXGGBS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 claims description 6
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 5
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 5
- JMANVNJQNLATNU-UHFFFAOYSA-N oxalonitrile Chemical compound N#CC#N JMANVNJQNLATNU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 4
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 claims description 4
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 claims description 4
- VCJMYUPGQJHHFU-UHFFFAOYSA-N iron(3+);trinitrate Chemical compound [Fe+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O VCJMYUPGQJHHFU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 claims description 4
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 claims description 4
- ATRRKUHOCOJYRX-UHFFFAOYSA-N Ammonium bicarbonate Chemical compound [NH4+].OC([O-])=O ATRRKUHOCOJYRX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910000013 Ammonium bicarbonate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 235000012538 ammonium bicarbonate Nutrition 0.000 claims description 3
- 239000001099 ammonium carbonate Substances 0.000 claims description 3
- 239000000975 dye Substances 0.000 claims description 3
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 3
- UIIMBOGNXHQVGW-DEQYMQKBSA-M Sodium bicarbonate-14C Chemical compound [Na+].O[14C]([O-])=O UIIMBOGNXHQVGW-DEQYMQKBSA-M 0.000 claims description 2
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 2
- NQXWGWZJXJUMQB-UHFFFAOYSA-K iron trichloride hexahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.[Cl-].Cl[Fe+]Cl NQXWGWZJXJUMQB-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 2
- 150000002989 phenols Chemical class 0.000 claims description 2
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 235000017550 sodium carbonate Nutrition 0.000 claims description 2
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 claims description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 17
- STZCRXQWRGQSJD-GEEYTBSJSA-M methyl orange Chemical compound [Na+].C1=CC(N(C)C)=CC=C1\N=N\C1=CC=C(S([O-])(=O)=O)C=C1 STZCRXQWRGQSJD-GEEYTBSJSA-M 0.000 abstract description 16
- 229940012189 methyl orange Drugs 0.000 abstract description 16
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N Phenol Chemical compound OC1=CC=CC=C1 ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 9
- -1 Iron ion Chemical class 0.000 abstract description 7
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 abstract description 7
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 abstract description 7
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 6
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 abstract description 6
- 239000010802 sludge Substances 0.000 abstract description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 4
- 239000002957 persistent organic pollutant Substances 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 2
- 231100000614 poison Toxicity 0.000 abstract description 2
- 230000007096 poisonous effect Effects 0.000 abstract description 2
- 229910002588 FeOOH Inorganic materials 0.000 description 21
- 238000013019 agitation Methods 0.000 description 9
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 7
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 6
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 6
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 6
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 5
- NQTSTBMCCAVWOS-UHFFFAOYSA-N 1-dimethoxyphosphoryl-3-phenoxypropan-2-one Chemical compound COP(=O)(OC)CC(=O)COC1=CC=CC=C1 NQTSTBMCCAVWOS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 125000002496 methyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 description 4
- 238000000101 transmission high energy electron diffraction Methods 0.000 description 4
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- RRMAPYQIZUZWHY-UHFFFAOYSA-K C(C)O.O.O.O.O.O.O.[Fe](Cl)(Cl)Cl Chemical compound C(C)O.O.O.O.O.O.O.[Fe](Cl)(Cl)Cl RRMAPYQIZUZWHY-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 2
- 239000012028 Fenton's reagent Substances 0.000 description 2
- WTDHULULXKLSOZ-UHFFFAOYSA-N Hydroxylamine hydrochloride Chemical compound Cl.ON WTDHULULXKLSOZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000033558 biomineral tissue development Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000004043 dyeing Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 239000008236 heating water Substances 0.000 description 2
- RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K iron trichloride Chemical compound Cl[Fe](Cl)Cl RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 2
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 2
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O Ammonium Chemical compound [NH4+] QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 1
- YNPNZTXNASCQKK-UHFFFAOYSA-N Phenanthrene Natural products C1=CC=C2C3=CC=CC=C3C=CC2=C1 YNPNZTXNASCQKK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VMHLLURERBWHNL-UHFFFAOYSA-M Sodium acetate Chemical compound [Na+].CC([O-])=O VMHLLURERBWHNL-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- DGEZNRSVGBDHLK-UHFFFAOYSA-N [1,10]phenanthroline Chemical compound C1=CN=C2C3=NC=CC=C3C=CC2=C1 DGEZNRSVGBDHLK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 238000009303 advanced oxidation process reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001476 alcoholic effect Effects 0.000 description 1
- 230000000845 anti-microbial effect Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012876 carrier material Substances 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 description 1
- 230000003749 cleanliness Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000003651 drinking water Substances 0.000 description 1
- 235000020188 drinking water Nutrition 0.000 description 1
- 235000013399 edible fruits Nutrition 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009545 invasion Effects 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000002386 leaching Methods 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 1
- 238000010525 oxidative degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 238000011946 reduction process Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000010517 secondary reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000001632 sodium acetate Substances 0.000 description 1
- 235000017281 sodium acetate Nutrition 0.000 description 1
- 238000002798 spectrophotometry method Methods 0.000 description 1
- 239000004753 textile Substances 0.000 description 1
- 238000012719 thermal polymerization Methods 0.000 description 1
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N titanium dioxide Inorganic materials O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J27/00—Catalysts comprising the elements or compounds of halogens, sulfur, selenium, tellurium, phosphorus or nitrogen; Catalysts comprising carbon compounds
- B01J27/24—Nitrogen compounds
-
- B01J35/39—
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/72—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation
- C02F1/722—Oxidation by peroxides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/72—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation
- C02F1/725—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation by catalytic oxidation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/30—Organic compounds
- C02F2101/308—Dyes; Colorants; Fluorescent agents
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/30—Organic compounds
- C02F2101/34—Organic compounds containing oxygen
- C02F2101/345—Phenols
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2305/00—Use of specific compounds during water treatment
- C02F2305/02—Specific form of oxidant
- C02F2305/026—Fenton's reagent
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2305/00—Use of specific compounds during water treatment
- C02F2305/10—Photocatalysts
Abstract
本发明提供了一种铁基量子点修饰的g‑C3N4可见光驱动类芬顿催化剂；以g‑C3N4为载体，表面负载铁基量子点制备得到可见光驱动类芬顿催化剂材料。这类可见光驱动类芬顿催化剂制备方法简单，中间过程不产生有毒、有害物质。本发明制备的催化剂在双氧水和可见光的照射下能快速降解甲基橙、苯酚等难降解有机污染物且该催化剂具有良好的催化活性及稳定性。催化剂反应后铁离子流失量小(在pH为5时流失量为0.005ppm远低于标准限值)，因此，该催化剂能解决传统非均相芬顿催化剂由于铁离子流失造成的含铁污泥以及提高纯g‑C3N4类芬顿催化剂催化效率的问题。
Description
技术领域
本发明涉及催化剂领域，具体涉及一种铁基量子点修饰的g-C3N4可见光驱动类芬顿催化剂及其制备方法和应用。
背景技术
近年来，随着纺织印染、石油化工等工业行业的高速发展，印染废水、含酚废水的排放造成的水环境污染问题愈发严重。酚类、染料分子的光、热和化学性质稳定且抗微生物侵袭，常规的生物处理工艺难以消除。高级氧化技术(AOPs)能够利用光、声、电、磁等物理和化学过程产生高活性中间体羟基自由基(·OH)，快速矿化难降解有机污染物，芬顿(Fenton)氧化法和光催化氧化法是两种常用的高级氧化技术。传统均相芬顿试剂利用Fe2+活化H2O2产生·OH能够高效快速地降解污染物，但Fe2+会快速变成Fe3+，在偏中性和碱性条件下一方面易发生沉淀，产生铁盐污泥的二次污染问题，另一方面Fe3+会催化H2O2产生O2(副反应)。非均相类芬顿反应是将含铁矿物，氧化物以及水合物等直接或者将其纳米材料负载在载体材料上进行类芬顿氧化处理污染物。非均相类芬顿催化剂便于在反应结束时对催化剂进行回收利用与反应体系分离，从而减少因铁盐产生大量污泥。但是一般非均相芬顿催化剂在接近中性和碱性条件下效率比较低，而酸性条件下Fe2+通过还原过程溶解在水中，从而带来均相芬顿试剂同样的问题。
石墨相的氮化碳(g-C3N4)是由地球上广泛分布的C、N元素组成，廉价易得的光催化半导体材料。g-C3N4能带带隙(约2.7eV)比TiO2窄，能被可见光激发产生电子和空穴。而且g-C3N4理化性质稳定，可作为芬顿反应中的电子供体。g-C3N4制备参照文献制备AngewandteChemie-international Edition,2012,51(1)68-69。
发明内容
本发明的目的在于解决非均相芬顿催化剂的氧化降解有机物效率低以及铁离子流失造成二次污染和回收成本高的缺陷，提供一种铁基量子点修饰的g-C3N4可见光驱动类芬顿催化剂及其制备方法和应用；所负载的铁物相具有无定形的特点，粒子尺寸小，所需负载量少，实现充分利用清洁无污染的太阳光促进芬顿高级氧化技术处理难降解污染物，为高级氧化领域提供一种新的芬顿催化剂。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及一种铁基量子点修饰的g-C3N4可见光驱动类芬顿催化剂，所述催化剂包括g-C3N4载体和修饰在所述载体表面的铁基量子点；所述铁基量子点物相为为无定形铁氧化合物。
优选的，所述铁基量子点在催化剂中的负载量为0.1wt％～10wt％。
优选的，所述铁基量子点在载体表面呈无定型量子点状均匀分布。
优选的，所述铁基量子点粒子尺寸小于10nm.。
本发明还涉及一种本发明的铁基量子点修饰的g-C3N4可见光驱动类芬顿催化剂的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
S1、将可溶性铁盐加入乙醇溶液中，搅拌使之完全溶解；
S2、在经步骤S1处理后的溶液中加入石墨相氮化碳(g-C3N4)，超声分散；
S3、加入弱碱试剂，搅拌、离心分离、洗涤干燥后获得所述催化剂，也称负载型铁基量子点修饰石墨相氮化碳(FeOOH/g-C3N4)催化剂。
优选的，所述可溶性铁盐为硝酸铁、六水合三氯化铁中的一种或两种。
优选的，所述弱碱试剂为碳酸氢钠、碳酸氢铵、碳酸钠中的一种或几种。
优选的，所述可溶性铁盐和弱碱的摩尔质量比为1:5～1:1，生成的铁氧化合物量子点在石墨相氮化碳(g-C3N4)上的质量分数范围为0.1％-10％。
更优选的，所述负载型FeOOH/g-C3N4催化剂中FeOOH的质量分数为0.1％～10％。
优选的，步骤S1中，所述可溶性铁盐与乙醇溶液配比为1mmol：75～100ml；所述乙醇溶液的浓度为：99.7wt％。
优选的，步骤S2中，超声分散时间为10～20min。
优选的，步骤S3中，所述搅拌的时间为8～12h。
本发明还涉及本发明的铁基量子点修饰的g-C3N4可见光驱动类芬顿催化剂在有机废水处理中的应用。
优选地，可用于降解废水中的染料和酚类污染物。
本发明的铁基量子点修饰的g-C3N4可见光驱动类芬顿催化剂既能有效提高单位浓度铁物种的芬顿催化活性，又发挥g-C3N4可见光激发下为芬顿反应提供电子促进Fe3+/Fe2+循环，减少铁物种流失并提高非均相芬顿催化活性。与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1)本发明所述的催化剂载体材料由地球中广泛存在的C、N元素构成，廉价易得，采用热聚合法，合成过程简单，理化性质稳定，比表面积大。
2)本发明所述的催化剂，铁基量子点在载体表面呈无定型量子点状均匀分布，具有粒子尺寸小，增强反应过程中污染物与催化剂活性组分有效接触；所需铁基量子点负载量极少，负载量可调(0.1％wt～10％wt)。
3)本发明所述的催化剂，利用g-C3N4与铁基量子点能有效复合，有利于电荷传递从而提高了催化剂反应活性。
4)本发明将铁基量子点负载在g-C3N4载体表面，催化剂稳定性高，可多次循环使用。
5)本发明所述的催化剂与污染物反应后铁流失量低于分光光度法检测下限(0.03mg/L)，小于我国的生活饮用水卫生标准规定(0.3mg/L)，解决了铁离子流失造成的含铁污泥问题。
附图说明
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，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为制备的铁基量子点修饰的g-C3N4可见光驱动类芬顿催化剂的XRD图；
图2为制备的铁基量子点修饰的g-C3N4可见光驱动类芬顿催化剂的扫描电镜图；
图3为实施例1制备的铁基量子点修饰的g-C3N4可见光驱动类芬顿催化剂在可见光照射下降解甲基橙反应活性曲线图；
图4实施例1制备的铁基量子点修饰的g-C3N4可见光驱动类芬顿催化剂在可见光照射下矿化苯酚反应活性曲线图；
图5为实施例1制备的铁基量子点修饰的g-C3N4可见光驱动类芬顿催化剂降解甲基橙的五次循环活性图；
图6为实施例1制备的铁基量子点修饰的g-C3N4可见光驱动类芬顿催化剂在黑暗条件下降解甲基橙反应活性曲线图；
图7为实施例1制备的铁基量子点修饰的g-C3N4可见光驱动类芬顿催化剂TEM图及SAED图；其中，A为TEM图；B为TEM图；C为SAED图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
配置5g/L的六水合三氯化铁-乙醇溶液，吸取9.16ml溶液于容量瓶中，加入乙醇溶液定容至50ml，磁力搅拌使之完全溶解；加入制备的g-C3N4固体3g，超声分散10min，加入碳酸氢铵粉末0.02mg，通风橱磁力搅拌8h。分离收集固体样品，洗涤过滤三次后40℃下真空干燥制得负载型0.4％FeOOH/g-C3N4催化剂(图2)，由图2的扫描点电镜图可知，g-C3N4呈层状堆叠，具有较大的表面积，在层状载体上出现分散的铁基量子点。
将六水合三氯化铁-乙醇溶液和碳酸氢铵粉末的使用量变为18.42ml，0.02mg及46.75ml，0.20mg，可以分别获得0.9％FeOOH/g-C3N4催化剂和2.3％FeOOH/g-C3N4催化剂。
图1为制备的铁基量子点修饰的0.9％FeOOH/g-C3N4可见光驱动类芬顿催化剂的XRD图，由图1可知，制备的催化剂与g-C3N4的特征峰相一致，具有g-C3N4相同的晶体结构，且没有铁基量子点特征衍射峰，具有无形性性质。
图7为本实施例制备的铁基量子点修饰的0.9％FeOOH/g-C3N4可见光驱动类芬顿催化剂TEM图及SAED图；由图7可知，催化剂表面铁基量子点在催化剂表面分布均匀；SAED图呈现出广泛和扩散的晕圈，证明了所合成的铁基量子点为无定形结构。
实施例2
在50ml甲基橙溶液(25mg/L)中，分别加入50mg的0.4％FeOOH/g-C3N4、0.9％FeOOH/g-C3N4、2.3％FeOOH/g-C3N4催化剂样品，磁力搅拌30min使体系吸附平衡后加入30μL的H2O2溶液(30wt％)，用氙灯光源照射并开始反应，反应过程中保持温度于约30℃，甲基橙完全降解时间分别为90min、60min、90min(图3)。
实施例3
在20ml苯酚溶液(50mg/L)中分别加入0.4％FeOOH/g-C3N4、0.9％FeOOH/g-C3N4、2.3％FeOOH/g-C3N4催化剂80mg，磁力搅拌30min后，加入30μL的H2O2(30wt％)，用氙灯光源照射并开始反应，保持实验过程中反应温度在30～33℃之间，气相进样针每次收集500μL气体样品射入气相色谱仪(GC-7900)检测二氧化碳浓度。在120min内，苯酚的矿化率分别为61％、74％、24％(图4)。
实施例4
将实施例1中制得的0.9％FeOOH/g-C3N4催化剂样品置于50ml甲基橙浓度为25mg/L的溶液中，保持体系中催化剂浓度为2g/L，加入50μL的过氧化氢，在温度为30～33℃，用氙灯光源照射并开始反应，循环五次降解甲基橙。五次循环实验中，催化剂对甲基橙的降解效果保持在90min内使甲基橙完全脱色，具有良好的稳定性(图5)。
实施例5
每次甲基橙降解实验结束时，吸取5ml抽滤机滤后反应液于50ml容量瓶中，加入1ml新鲜配置的10％的盐酸羟胺溶液，5ml醋酸钠溶液调节pH，加入2ml邻二氮菲溶液(0.15wt％)，静置10min，充分显色，用Uv-vis测定Fe元素浓度，并未检出Fe离子。表明合成的催化剂有效地限制了铁离子的浸出问题。
对比例1
在50ml甲基橙溶液(25mg/L)中，加入50mg的g-C3N4催化剂样品，磁力搅拌30min使体系吸附平衡后加入30μL的H2O2溶液(30wt％)，放入光反应设备开始反应。反应过程中保持温度于约30℃，用氙灯光源照射并开始反应，约120min完全降解甲基橙(图3)。
对比例2
在50ml甲基橙溶液(25mg/L)中，加入0.5mg(与实施例2中50mg的0.9％FeOOH/g-C3N4中FeOOH的质量相同)的FeOOH催化剂样品，磁力搅拌30min使体系吸附平衡后加入30μL的H2O2溶液(30wt％)，放入光反应设备开始反应。反应过程中保持温度于约30℃，用氙灯光源照射并开始反应，120min后甲基橙仅降解3％。(图3)。
对比例3
在20ml苯酚溶液(50mg/L)中分别加入g-C3N4催化剂80mg，磁力搅拌30min后，加入30μL的H2O2(30wt％)，用氙灯光源照射并开始反应，保持实验过程中反应温度在30～33℃之间，气相进样针每次收集500μL气体样品射入气相色谱仪(GC-7900)检测二氧化碳浓度。在120min内，苯酚的矿化率仅为11％(图4)。
对比例4
在50ml甲基橙溶液(25mg/L)中，加入50mg的0.9％FeOOH/g-C3N4、2.3％FeOOH/g-C3N4催化剂样品，磁力搅拌30min使体系吸附平衡后加入30μL的H2O2溶液(30wt％)，反应过程中水浴加热保持温度于30℃，150min后甲基橙降解率为5％(图6)。
对比例5
在50ml甲基橙溶液(25mg/L)中，加入0.5mg的FeOOH催化剂样品，磁力搅拌30min使体系吸附平衡后加入30μL的H2O2溶液(30wt％)，反应过程中水浴加热保持温度于30℃，150min后甲基橙降解率为23％(图6)。
综上所述，本发明的铁基量子点修饰的g-C3N4可见光驱动类芬顿催化剂制备方法简单，中间过程不产生有毒、有害物质。制得的催化剂在双氧水和可见光的照射下能快速降解甲基橙、苯酚等难降解有机污染物且该催化剂具有良好的催化活性及稳定性。催化剂反应后铁离子流失量小(在pH为5时流失量为0.005ppm远低于标准限值)，因此，该催化剂能解决传统非均相芬顿催化剂由于铁离子流失造成的含铁污泥以及提高纯g-C3N4类芬顿催化剂催化效率的问题。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (10)
1.一种铁基量子点修饰的g‐C3N4可见光驱动类芬顿催化剂，其特征在于，所述催化剂包括g‐C3N4载体和修饰在所述载体表面的铁基量子点；所述铁基量子点物相为无定形铁氧化合物。
2.一种如权利要求1所述的铁基量子点修饰的g-C3N4可见光驱动类芬顿催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
S1、将可溶性铁盐加入乙醇溶液中，搅拌使之完全溶解；
S2、在经步骤S1处理后的溶液中加入石墨相氮化碳，超声分散；
S3、加入弱碱试剂，搅拌、离心分离、洗涤干燥后获得所述催化剂。
3.如权利要求2所述的铁基量子点修饰的g-C3N4可见光驱动类芬顿催化剂的制备方法，其特征在于，所述可溶性铁盐为硝酸铁、六水合三氯化铁中的一种或两种。
4.如权利要求2所述的铁基量子点修饰的g-C3N4可见光驱动类芬顿催化剂的制备方法，其特征在于，所述弱碱试剂为碳酸氢钠、碳酸氢铵、碳酸钠中的一种或几种。
5.如权利要求2所述的铁基量子点修饰的g-C3N4可见光驱动类芬顿催化剂的制备方法，其特征在于，所述可溶性铁盐和弱碱的摩尔质量比为1:5～1:1，生成的铁氧化合物量子点在石墨相氮化碳上的质量分数范围为0.1％-10％。
6.如权利要求2所述的铁基量子点修饰的g-C3N4可见光驱动类芬顿催化剂的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述可溶性铁盐与乙醇溶液配比为1mmol：75～100ml；所述乙醇溶液的浓度为99wt％～100wt％。
7.如权利要求2所述的铁基量子点修饰的g-C3N4可见光驱动类芬顿催化剂的制备方法，其特征在于，步骤S2中，超声分散时间为10～20min。
8.如权利要求2所述的铁基量子点修饰的g-C3N4可见光驱动类芬顿催化剂的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述搅拌的时间为8～12h。
9.一种如权利要求1所述的铁基量子点修饰的g-C3N4可见光驱动类芬顿催化剂或如权利要求2所述的方法制备得到的铁基量子点修饰的g-C3N4可见光驱动类芬顿催化剂在有机废水处理中的用途。
10.如权利要求9所述的用途，其特征在于，所述催化剂用于降解废水中的染料和酚类污染物。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810542162.6A CN108772090A (zh) | 2018-05-30 | 2018-05-30 | 铁基量子点修饰的g-C3N4可见光驱动类芬顿催化剂 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810542162.6A CN108772090A (zh) | 2018-05-30 | 2018-05-30 | 铁基量子点修饰的g-C3N4可见光驱动类芬顿催化剂 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108772090A true CN108772090A (zh) | 2018-11-09 |
Family
ID=64028058
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810542162.6A Pending CN108772090A (zh) | 2018-05-30 | 2018-05-30 | 铁基量子点修饰的g-C3N4可见光驱动类芬顿催化剂 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108772090A (zh) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110743591A (zh) * | 2019-10-21 | 2020-02-04 | 武汉理工大学 | 一种掺杂复合催化剂的制备方法和应用 |
| CN111375370A (zh) * | 2020-01-19 | 2020-07-07 | 北京工业大学 | 一种Fe-g-C3N4多功能纳米复合材料制备方法 |
| CN111514917A (zh) * | 2020-05-15 | 2020-08-11 | 扬州大学 | Na和Fe共掺杂氮化碳芬顿反应催化剂及其制备方法 |
| CN114471655A (zh) * | 2022-01-14 | 2022-05-13 | 山西省生态环境保护服务中心(山西省环境规划院) | 可见光下不加牺牲剂高效生成过氧化氢的复合光催化剂的制备方法 |
| CN115318319A (zh) * | 2022-07-18 | 2022-11-11 | 西安交通大学 | 一种MoS2基异质结复合催化剂的制备方法 |
| CN116651474A (zh) * | 2023-06-16 | 2023-08-29 | 西北师范大学 | 一种羟基氧化铁量子点修饰的BiOX光催化材料的制备方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106853370A (zh) * | 2016-08-15 | 2017-06-16 | 上海交通大学 | 高稳定性有序介孔碳负载芬顿催化剂及其制备方法和应用 |
| CN107946084A (zh) * | 2017-10-26 | 2018-04-20 | 广东工业大学 | 一种金属氧化物/三维多孔石墨烯复合材料及其制备方法和应用 |
-
2018
- 2018-05-30 CN CN201810542162.6A patent/CN108772090A/zh active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106853370A (zh) * | 2016-08-15 | 2017-06-16 | 上海交通大学 | 高稳定性有序介孔碳负载芬顿催化剂及其制备方法和应用 |
| CN107946084A (zh) * | 2017-10-26 | 2018-04-20 | 广东工业大学 | 一种金属氧化物/三维多孔石墨烯复合材料及其制备方法和应用 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| HONGCEN YANG ETAL.: ""Constructing the novel ultrafine amorphous iron oxyhydroxide/g-C3N4 nanosheets heterojunctions for highly improved photocatalytic performance"", 《SCIENTIFIC REPORTS》 * |
| JIAQI LIU ET AL.: ""Amorphous FeOOH Quantum Dots Assembled Mesoporous Film Anchored on Graphene Nanosheets with Superior Electrochemical Performance for Supercapacitors"", 《ADV. FUNCT. MATER》 * |
| MENG REN ET AL.: ""Ferric (hydr)oxide/mesoporous carbon composites as Fenton-like catalysts for degradation of phenol"", 《RES CHEM INTERMED》 * |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110743591A (zh) * | 2019-10-21 | 2020-02-04 | 武汉理工大学 | 一种掺杂复合催化剂的制备方法和应用 |
| CN111375370A (zh) * | 2020-01-19 | 2020-07-07 | 北京工业大学 | 一种Fe-g-C3N4多功能纳米复合材料制备方法 |
| CN111514917A (zh) * | 2020-05-15 | 2020-08-11 | 扬州大学 | Na和Fe共掺杂氮化碳芬顿反应催化剂及其制备方法 |
| CN111514917B (zh) * | 2020-05-15 | 2023-06-02 | 扬州大学 | Na和Fe共掺杂氮化碳芬顿反应催化剂及其制备方法 |
| CN114471655A (zh) * | 2022-01-14 | 2022-05-13 | 山西省生态环境保护服务中心(山西省环境规划院) | 可见光下不加牺牲剂高效生成过氧化氢的复合光催化剂的制备方法 |
| CN115318319A (zh) * | 2022-07-18 | 2022-11-11 | 西安交通大学 | 一种MoS2基异质结复合催化剂的制备方法 |
| CN115318319B (zh) * | 2022-07-18 | 2023-08-22 | 西安交通大学 | 一种MoS2基异质结复合催化剂的制备方法 |
| CN116651474A (zh) * | 2023-06-16 | 2023-08-29 | 西北师范大学 | 一种羟基氧化铁量子点修饰的BiOX光催化材料的制备方法 |
| CN116651474B (zh) * | 2023-06-16 | 2023-11-10 | 西北师范大学 | 一种羟基氧化铁量子点修饰的BiOX光催化材料的制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108772090A (zh) | 铁基量子点修饰的g-C3N4可见光驱动类芬顿催化剂 | |
| Hasanpour et al. | Photocatalytic performance of aerogels for organic dyes removal from wastewaters: Review study | |
| Hassani et al. | Acetaminophen removal from aqueous solutions through peroxymonosulfate activation by CoFe2O4/mpg-C3N4 nanocomposite: insight into the performance and degradation kinetics | |
| Kang et al. | The enhanced peroxymonosulfate-assisted photocatalytic degradation of tetracycline under visible light by g-C3N4/Na-BiVO4 heterojunction catalyst and its mechanism | |
| Ji et al. | Performance of CuO/Oxone system: Heterogeneous catalytic oxidation of phenol at ambient conditions | |
| US20220315425A1 (en) | Single-atom catalyst for activation of persulfate to generate pure singlet oxygen as well as preparation method and application thereof | |
| Zhou et al. | Well‐dispersed Fe2O3 nanoparticles on g‐C3N4 for efficient and stable photo‐fenton photocatalysis under visible‐light irradiation | |
| CN106807376B (zh) | 一种磁性纳米复合催化剂及其制备方法与应用 | |
| Ammar et al. | Synthesis, characterization and environmental remediation applications of polyoxometalates-based magnetic zinc oxide nanocomposites (Fe3O4@ ZnO/PMOs) | |
| Miao et al. | The enhanced method of hydroxyl radical generation in the heterogeneous UV-Fenton system with α-FeOOH as catalyst | |
| CN103157501B (zh) | 一种催化湿式氧化水中有机污染物的催化剂的制备方法 | |
| CN109569729B (zh) | 一种负载型双金属高级氧化催化剂、制备方法及其各强化功能贡献的分析方法 | |
| CN107243340B (zh) | 一种二氧化铈纳米棒掺杂二氧化钛纳米颗粒光催化剂的制备方法 | |
| Qiu et al. | Catalytic oxidation of the dye wastewater with hydrogen peroxide | |
| CN109012724A (zh) | 一种CoMoO4/g-C3N4复合光催化剂及其制备方法和应用 | |
| Rizi et al. | Photocatalytic degradation of cationic and anionic organic pollutants in water via Fe-g-C3N4/CF as a macroscopic photo-Fenton catalyst under visible light irradiation | |
| Xiang et al. | Synergistic photocatalysis-fenton reaction of flower-shaped CeO2/Fe3O4 magnetic catalyst for decolorization of high concentration congo red dye | |
| CN108940376A (zh) | 一种表面有机络合硫化铜芬顿催化剂及其合成方法与应用 | |
| CN111821982A (zh) | 一种氧化石墨烯-氧化铈-氧化铁复合材料、合成方法及其在催化降解性中的应用 | |
| CN105797728A (zh) | 一种磁性纳米CuxO-Fe2O3臭氧催化剂的制备方法及其应用 | |
| Carvalho et al. | Improvement of the photocatalytic activity of magnetite by Mn-incorporation | |
| Cai et al. | Fabrication of magnetic CuFe2O4@ PBC composite and efficient removal of metronidazole by the photo-Fenton process in a wide pH range | |
| CN105344379B (zh) | 一种水滑石负载酞菁铁可见光‑芬顿催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN111974404A (zh) | 光助BiFe1-xCuxO3活化过一硫酸盐处理水体残留环丙沙星的方法 | |
| Hu et al. | Activation of Na2S2O8 by MIL-101 (Fe)/Co3O4 composite for degrading tetracycline with visible light assistance |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20181109 |