[发明专利]石墨碳包覆纳米零价铁复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种石墨碳包覆纳米零价铁复合材料及其制备方法和应用，制备方法包括以下步骤：将木屑和铁盐混合，加入四氢呋喃水溶液，搅拌均匀，于90～100℃加热8～9小时，得到干燥的复合物，将所述复合物研磨成粉末，在氮气或惰性气体环境下于550～700煅烧2～3小时，得到所述石墨碳包覆纳米零价铁复合材料，本发明石墨碳包覆纳米零价铁复合材料具有核‑壳结构，且壳状结构能够有效抑制纳米零价铁的团聚，并且在保证纳米零价铁活性的同时还能实现抗氧化的特性，具有高效活化过硫酸盐去除2,4‑二氯苯酚的效果。

技术领域

本发明属于环境功能材料技术领域，具体来说涉及一种石墨碳包覆纳米零价铁复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着工业的快速发展，地下水中残留的持久性有机污染物对生态系统和人类健康构成巨大威胁。近年来，基于硫酸根自由基的高级氧化工艺被认为是一种降解持久性有机污染物的有效方法而受到广泛关注。硫酸根自由基可以通过接受电子裂解过硫酸盐中不稳定的过氧化物(-O-O-)键获得，其高氧化还原电位(E₀＝2.5-3.1V)更能有效地氧化降解有机污染物。

纳米零价铁(nZVI)由于其比表面积大和环境友好性已被广泛用于活化过硫酸盐以降解持久性有机污染物。然而，高反应速率和表面能使传统的nZVI在储存和使用过程中容易团聚和迅速钝化。目前，各种材料可用作稳定剂以提高nZVI的分散性和稳定性，如还原氧化石墨烯、碳材料、羧甲基纤维素、油包水等。然而，对于纳米零价铁易被氧化的特性，现阶段并没有十分有效的处理方法，常用的处理方法通常需要两步及以上的复杂的制备工艺，但仍然很难得到高抗氧化性的纳米零价铁复合材料。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种的石墨碳包覆纳米零价铁复合材料的制备方法，该制备方法通过四氢呋喃辅助碳热还原法合成稳定化的石墨碳包覆纳米零价铁复合材料，该制备方法过程简单，原料绿色无污染。

本发明的另一目的是提供上述制备方法获得的石墨碳包覆纳米零价铁复合材料(Fe⁰@gBC)，该石墨碳包覆纳米零价铁复合材料不仅可以保持纳米零价铁的反应活性，成本低、环境友好无二次污染，且能够在空气环境中长期稳定的存在不被氧化，具有良好的抗氧化性。

本发明的另一目的是提供上述石墨碳包覆纳米零价铁复合材料在降解2,4-二氯苯酚中的应用。

本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的。

一种石墨碳包覆纳米零价铁复合材料的制备方法，包括以下步骤：将木屑和铁盐混合，加入四氢呋喃水溶液，搅拌均匀，于90～100℃加热8～9小时，得到干燥的复合物，将所述复合物研磨成粉末，在氮气或惰性气体环境下于550～700煅烧2～3小时，得到所述石墨碳包覆纳米零价铁复合材料，其中，按质量份数计，所述木屑和铁盐的比为2：(1～5)，所述铁盐的质量份数与所述四氢呋喃水溶液的体积份数的比为(1～5):200，所述质量份数的单位为g，所述体积份数的单位为mL。

在上述技术方案中，按质量份数计，所述木屑和铁盐的比为2：(1～3)，所述铁盐的质量份数与所述四氢呋喃水溶液的体积份数的比为(1～3):200。

在上述技术方案中，所述铁盐为FeCl₃·6H₂O。

在上述技术方案中，所述木屑在使用前过100～150目筛。

在上述技术方案中，所述四氢呋喃水溶液中四氢呋喃的浓度为30～50wt％。

在上述技术方案中，所述搅拌均匀为磁力搅拌至少1h。

上述制备方法获得的石墨碳包覆纳米零价铁复合材料。

在上述技术方案中，所述石墨碳包覆纳米零价铁复合材料包括：三维网状结构的碳基载体以及均匀负载在该碳基载体上石墨烯纳米壳包裹的零价铁纳米颗粒。