[发明专利]一种纳米零价铁/石墨烯复合物活化过硫酸盐去除水体中阿特拉津的方法

说明书

本发明公开了一种纳米零价铁/石墨烯复合物活化过硫酸盐去除水体中阿特拉津的方法，解决了单一零价铁活化过硫酸盐效率低及产生二次污染的问题。该方法为将过硫酸盐和含有阿特拉津的废水混合均匀，调节溶液的pH，然后投加纳米零价铁/石墨烯复合物，震荡搅拌，利用两者相互作用产生强氧化性的硫酸根自由基和羟基自由基，进一步氧化有机废水的阿特拉津，从而达到降解阿特拉津的目的。本发明常温下处理高效，快速，操作简单，稳定性好，易于磁性分离，在有机物污染水体的净化中具有广泛应用前景。

技术领域

本发明属于水污染控制技术领域，具体涉及一种纳米零价铁/石墨烯复合物活化过硫酸盐去除水体中阿特拉津的方法。

背景技术

阿特拉津是一种广泛应用于农业中控制阔叶杂草的除草剂。由于使用不当，经常在地表水和地下水中检测到阿特拉津。阿特拉津是一种弱碱性化合物，结构稳定，难以降解，长期暴露在阿特拉津污染的环境中，势必对生物繁衍及人体健康产生不良的影响。即使在低浓度下，阿特拉津也会对人体造成致癌和内分泌干扰效应。传统的处理技术被大量提出，然而去除效率不够理想。

近年来，高级氧化技术用于有机污染物的降解受到大量关注。相比于羟基自由基(·OH)，硫酸根自由基(SO₄^·-)是更有效地去除有机污染物由于它更高的还原电势和选择性。SO₄^·-可以通过热、超声、紫外光、碱以及过渡金属活化过硫酸盐(PS)来产生。但这些方法有自身的局限性，有些方法降解效率需要进一步提高，另一些可能会带来二次污染问题。

由于它的高效，性价比高和环境友好特性，纳米零价铁(nZVI)已经被用于活化PS来降解污染物，例如滴滴涕，双酚A和三氯乙烯。例如，在nZVI/PS摩尔比为1:2，97％的三氯乙烯可以完全去除在360分钟内。然而，nZVI很容易被氧化，因而在短时间内产生大量亚铁离子。随后，过量的亚铁离子以及亚铁离子转化为铁离子的过程将会消耗(SO₄^·-)，因而减少了污染物的去除效率。并且，nZVI易于团聚，也减少了催化活性。为了解决这个问题，石墨烯(GR)作为一个二维单层碳原子紧密堆积成的碳质材料被广泛用于固定nZVI。还原氧化石墨烯减少了nZVI的腐蚀和有益于nZVI和污染物之间的电子转移。此外，氧化石墨烯已经被证明是一种非金属碳催化剂可有效地活化PS来催化降解苯酚，并且它的性能甚至等同于最有效的电子受体nZVI。因此，本发明制备出nZVI/GR复合物，用于活化过硫酸盐来降解阿特拉津，发现其具有更高的降解性能。

发明内容

本发明的目的在于利用液相还原法制备出nZVI/GR复合物，并用于活化过硫酸盐处理水中阿特拉津的方法，该方法反应速率快、循环效果好，并减少环境的二次污染问题。

为解决上述技术问题，具体方案包括如下步骤：

(1)采用液相还原法制备纳米零价铁/石墨烯复合物，具体如下：将氧化石墨烯和乙醇/水溶液加入至500mL的三口反应瓶中，超声搅拌20min后，加入亚铁盐继续搅拌40分钟。在氮气环境下，经蠕动泵逐滴滴加硼氢化钠溶液到上述溶液。滴加完之后，继续反应半个小时。最后抽滤，经超纯水、无水乙醇多次洗涤后，置于真空干燥，烘干备用。上述蠕动泵的流速为50-60mL/min。

步骤1中，所述石墨烯与纳米零价铁的负载量比的范围为1:5至1:40。

步骤1中，所述乙醇/水溶液是无水乙醇和水按体积比的范围为0.1:1至4:1的比例混合制取，使用量为200-250mL。

步骤1中，所述亚铁盐为硫酸亚铁、氯化亚铁和硝酸亚铁。

步骤1中，所述真空干燥的温度设为40-60℃，烘干时间为4-24小时。