不同載量復(fù)合催化劑Co₃O₄/G的催化性能研究

摘要：不同量的Co3O4負(fù)載在石墨烯（G）上制備出負(fù)載型催化劑，并用X射線衍射（XRD）對其進(jìn)行了表征。同時將期應(yīng)用于基于硫酸根自由基的高級氧化技術(shù)降解酸性橙II的反應(yīng)中。研究了該負(fù)載型催化劑在降解酸性橙II過程中的性能。在既定的最佳實(shí)驗(yàn)參數(shù)的條件下，根據(jù)不同負(fù)載量催化劑降解II的效率確定出催化劑復(fù)合物的最佳負(fù)載量。

關(guān)鍵詞：高級氧化技術(shù) 硫酸根自由基 石墨烯 最佳負(fù)載量 酸性橙II

中圖分類號：O61 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）05（a）-0133-01

在過去幾年里，基于如·OH，，OOH和等一系列高活性自由基的高級氧化過程已經(jīng)被廣泛用于處理各種有機(jī)污染物。基于硫酸根自由基（SRs）降解偶氮染料廢水的高級氧化技術(shù)由于其較好的處理效果已經(jīng)引起了極大的科學(xué)關(guān)注。硫酸根自由基可以由過度金屬離子激發(fā)過硫酸氫鉀復(fù)合鹽（PMS）產(chǎn)生，耦合產(chǎn)生的。其中PMS跟的耦合反應(yīng)是產(chǎn)生硫酸根自由基的最佳結(jié)合[1-2]。非均相體系主要是將固定在載體上從而減小鈷離子的溶出的同時使得催化劑可回收再利用，常用的載體有和GO等[3]。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料和試劑

鱗片石墨（300目），中國上海一帆石墨有限公司提供。PMS，商業(yè)上稱為過硫酸氫鉀，中國上海安心化工有限公司提供。硝酸鈉，高錳酸鉀，過氧化氫，碳酸氫鈉，正己醇由國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司提供。

1.2 催化劑的制備

氧化石墨催化劑的制備方法采用了Hummers和Offeman于1958年所應(yīng)用的經(jīng)典制備法。把氧化石墨（200 mg）分散到200 mL正己醇中，將混合物超聲2h取上清液。把和分散到200ml正己醇中，并將其在攪拌條件下添加到上述所得的上清液中，然后將在磁力攪拌下加入到該溶液中攪拌1h，最后把上述溶液在回流條件下加熱至180 ℃，并在磁力攪拌條件下反應(yīng)24 h。將體系冷卻至室溫后，將懸浮液進(jìn)行離心分離，然后用乙醇洗滌幾次以除去正己醇及其他雜質(zhì)。在真空烘箱60 ℃下干燥48 h以獲得負(fù)載型催化劑。此外，相同的參數(shù)下，可以配制不同劑量的和1.164 g，以獲得不同負(fù)載量的催化劑。

1.3 性能研究

實(shí)驗(yàn)在一個250 mL的容器中進(jìn)行，向溶液中加入1 mM的酸性橙II溶液（100 mL），在溫度為25℃的條件下不斷攪拌，并將10mM的PMS中加入到容器中，并向容器中加入溶液（1 M）將溶液的pH值調(diào)節(jié)至中性，然后，將0.005克制備的催化劑加入容器中，開始計(jì)時。每隔一定的時間取樣品5 mL，立即加入等體積的甲醇以淬滅反應(yīng)，過濾后用分光光度計(jì)對樣品進(jìn)行吸光度的測量。所有的測試均做至少3次平行試驗(yàn)，所得值為3次測試的平均值。

2 不同載量的催化性能

圖1顯示了不同負(fù)載量的負(fù)載在石墨烯所形成的催化劑用于降解酸性橙II的效果。由此看出，當(dāng)負(fù)載在石墨烯上的的百分比低于70.66%時，隨著負(fù)載在石墨烯上的的量的不斷增加，酸性橙II的降解率也會隨之不斷提高。反之當(dāng)負(fù)載在在石墨烯上的的百分比在70.66%以上時，酸性橙II的降解率隨著負(fù)載在石墨烯上的的百分比的提高而減小。因此可知負(fù)載在石墨烯上的的最佳負(fù)載百分比（70.66%）。當(dāng)負(fù)載百分比為70.66%時，反應(yīng)在4 min內(nèi)即可完成，最佳負(fù)載量的存在可能是由于最佳量的與石墨烯結(jié)合時，在兩者之間會形成一個最好的非均相催化活性點(diǎn)，有利于反應(yīng)的較快進(jìn)行。

3 結(jié)語

本文簡述了不同量的負(fù)載在石墨烯上所形成的負(fù)載型催化劑，并用來降解酸性橙II的性能研究，并對所制的催化劑進(jìn)行相應(yīng)表征。在相同的操作條件下，通過比較偶氮染料酸性橙II降解的速率確定出催化劑的最佳負(fù)載量為70.66%。

參考文獻(xiàn)

[1]Anipsitakis，G.P.，Dionysiou， D.D. Radical generation by the interaction of transition metals with common oxidants[J].Environ. Sci.Technol.，2004，38（13）：3705-3712.

[2]Anipsitakis G.P.，Dionysiou D.D.Transition metal/UV-based advanced oxidation technologies for water decontamination[J].Appl. Catal.， B，2004，54：155-163.

[3]Shi P.H.，Su R.J.，Wan F.Z.，et al.Co3O4 nanocrystals on graphene oxide as a synergistic catalyst for degradation of Orange II in water by advanced oxidation technology based on sulfate radicals[J].Appl. Catal.，B，2012，123-124：265-272.