[发明专利]高岭土纳米管基复合材料及其用于降解有机染料的应用

说明书

本发明提供了一种高岭土纳米管基复合材料及其用于降解有机染料的应用。该材料(HNTs‑MNPs)由高岭土纳米管(HNTs)和Fe₃O₄磁性纳米颗粒通过化学反应复合而成；在反应过程中，依赖于温和环境下多巴胺的自聚合形成微观结构，当多巴胺被添加到溶液中，它充当还原剂使部分Fe³⁺转化为Fe²⁺，在N₂环境下退火后，Fe²⁺和Fe³⁺均进入到多巴胺形成的碳框架且以磁性四氧化三铁形式存在，因而便于回收再利用。在此基础上，本发明进一步提供了利用其催化降解有机染料的应用，并确定了其作为芬顿试剂的最优浓度以及过氧化氢的最优浓度。实验验证表明，本发明可高效、快速的催化有机染料降解，同时拓宽了pH适用范围，具有突出的技术优势。

技术领域

本发明涉及催化降解技术领域，进一步涉及芬顿试剂的制备及应用，具体涉及一种高岭土纳米管基复合材料及其用于降解有机染料的应用。

背景技术

有机合成染料的特点是色度高、抗生物降解，大多数染料可以在自然环境中存在很长一段时间甚至积累浓度更高，因为其复杂的芳香结构使它们稳定不退化，所以有机染料对环境构成巨大威胁。

1893年，化学家Fenton HJ发现，过氧化氢(H₂O₂)与二价铁离子的混合溶液具有强氧化性，可以将当时很多已知的有机化合物如羧酸、醇、酯类氧化为无机态，氧化效果十分显著：

Fe²⁺+H₂O₂→Fe³⁺+(OH)^-+OH·

正是由于生成的羟基自由基的存在，使得芬顿试剂具有强的氧化能力。持久性有机物，特别是通常的试剂难以氧化的芳香类化合物及一些杂环类化合物，在芬顿试剂面前全部被无选择氧化降解掉。

先进的氧化工艺包括光化学氧化法、脱氧抗氧化法、臭氧氧化法、芬顿氧化法。芬顿氧化法相比于其它几种有价格相对低廉和过程容易操作维护等优点。而且该反应启动快，常温常压下即可进行，且无选择性，过量的双氧水会自然分解，没有危害。但芬顿反应的最优反应pH在2～4，一定程度上限制了芬顿反应在有机污染催化降解中的应用。此外，在芬顿反应中，氯化亚铁、硫酸亚铁等常规催化剂在反应后难以回收循环再利用，不仅形成一定程度的浪费，而且可能对环境造成二次污染。

发明内容

本发明旨在针对现有技术的技术缺陷，提供一种高岭土纳米管基复合材料及其用于降解有机染料的应用，以解决现有技术中芬顿催化剂的pH适用范围较为局限的技术问题。

本发明要解决的另一技术问题是，常规芬顿催化剂在反应完成后二价铁离子难以回收循环再利用。

本发明要解决的再一技术问题是，常规芬顿催化剂容易造成二次污染。

本发明要解决的又一技术问题是，如何保证新型芬顿催化剂具有较高的催化效率和较低的经济成本。

为实现以上技术目的，本发明采用以下技术方案：

高岭土纳米管基复合材料，该高岭土纳米管基复合材料是通过以下方法制备的：在去离子水溶剂中加入HNTs，并加入氯化铁四水合物、多巴胺、水合肼，保温搅拌，而后调整溶液pH至8～9，再搅拌，固液分离取固相进行干燥，再将干燥产物在320℃、N₂环境中退火，即得到所述高岭土纳米管基复合材料。

作为优选，所述高岭土纳米管基复合材料是通过以下方法制备的：

1)将1gHNTs溶于去离子水中，得到均相溶液；