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第 9 期                     周   勇，等:  三维 Fe@GE-Cu 复合材料的制备及其催化性能                           ·1487·


              [4]
            素 ，因此，将 Cr(Ⅵ       )还原成 Cr(Ⅲ   )是一种处理铬污            为了便于对比，本文采取上述同样方法，将未添加
            染物的有效途径。                                           金属催化制得的材料标记为 MCF。
                 近年来，研究者发现诸多还原剂可实现 Cr(Ⅵ)                       1.2.3  Fe@GE-Cu 的制备
            到 Cr(Ⅲ)的转化，如 Fe(0)、Fe(Ⅱ)的含矿物质、有                        称取 0.05 g Fe@GE 复合材料加入到装有 80 mL
                                        [5]
            机化合物、H 2 S 和 HCOOH 等 。同时，基于金属                      乙醇-水（体积比为 1∶1）的反应釜中，再向其中加
            纳米粒子的材料起到至关重要的催化作用，如                               入 0.35 g （1.45 mmol）Cu(NO 3 ) 2 3H 2 O，匀速搅拌 2 h；
                 [6]
            Borah 等以 Cu-Ni 合金作为催化剂，甲酸作为还原                      用 6 mol/L  NH 3 H 2 O 调节混合液 pH=10，再匀速搅
            剂，在 25  ℃下实现了 Cr(Ⅵ)到 Cr(Ⅲ)的还原，He             [7]   拌 30 min；加入 1 mL 质量分数 80%的水合肼水溶
            等则以 Cu-有机阳离子环作为催化剂，同样以甲酸                           液，将混合液装入聚四氟乙烯罐中于 95  ℃反应 8 h；
            作为还原剂，常温下获得 75%的 Cr(Ⅵ)还原率，Wei                [8]   反应完毕后，冷却至室温，抽滤，洗涤滤饼，在 60
            等制备了 Pb-NWWs  复合材料，获得了 0.02 min              –1    ℃真空烘箱中干燥 12 h 后，研磨样品，备用，将其
            的催化速率常数。但上述催化剂普遍存在制备工艺                             标记为 Fe@GE-Cu 0.65 （复合材料中铜质量分数为
            复杂、原料价格贵、催化效率不高等问题。                                65% ）。采 用同样方法 制备了 Fe@GE- Cu 0.95 、
                 本文以葡萄糖为碳源、NH 4 Cl 为发泡剂、原位                     Fe@GE-Cu 0.85 、 Fe@GE-Cu 0.75 、 Fe@GE-Cu 0.55 、
            生成的纳米金属 Fe 为促进葡萄糖石墨化的催化剂，                          Fe@GE-Cu 0.45 。
            成功制备了 Fe@GE 复合材料，实现了石墨烯膜的                          1.3    材料的催化性能测试
            简单原位生长；再以 Fe@GE 作为基质材料，通过                              室温下，称取 49 mL  质量浓度为 200 mg/L 重
            低温水热法成功将其与纳米 Cu 进行复合，获得了                           铬酸钾水溶液（用去离子水配制）于 100 mL 烧杯中，
            高效、可磁分离的 Fe@GE-Cu 复合材料,其表现出较                       搅拌下加入 1 mL 质量分数为 88%的甲酸水溶液，
            好的催化还原高价有毒重金属 Cr(Ⅵ)的能力。                            通过 UV-vis 分光光度计检测其吸光度〔Cr(Ⅵ)的紫
                                                               外吸收峰位于 350 nm 处〕；再加入 10 mg 催化剂
            1   实验部分
                                                               Fe@GE-Cu 0.65 （催化剂与重铬酸钾的质量比为 1∶
                                                               1），在 1、3 min 时分别取溶液 2 mL，之后，每隔 3
            1.1    原料
                                                               min 取 1 次溶液，高速离心后，测其吸光度，利用
                 鳞片石墨，青岛华世创精密材料有限公司；葡
                                                               重铬酸钾标准曲线（常温下测定不同浓度重铬酸钾
            萄糖，AR，上海江莱生物科技有限公司；氯化铵，
                                                               的吸光度，绘制标准曲线）计算 Cr(Ⅵ)的还原度。
            AR，扬州中懿化学试剂有限公司；重铬酸钾，AR，
                                                               其他不同铜含量的催化剂分别重复上述操作，根
            上海浦江化工厂；甲酸，AR，徐州索通生物科技有
                                                               据 ln(ρ 0 /ρ t )=kt（ρ 0 ：重铬酸钾起始质量浓度，mg/L；
            限公司；水合肼，AR，常州同享化工有限公司；六
                                                               ρ t ：t 时刻重铬酸钾质量浓度，mg/L；k：速率常数，
            水合三氯化铁，AR，镇江金运来化工有限公司；三
                                                                  -1
                                                               min ；t：反应时间，min）计算 k。
            水合硝酸铜，AR，上海程欣实业有限公司；无水乙
                                                               1.4   表征与方法
            醇、氢氧化钠，AR，苏州大舟化工有限公司；氨水、
                                                                   傅里叶变换红外光谱(FTIR)：采用 Nicolet 370
            高锰酸钾，AR，国药集团化学试剂有限公司；去离
                                                               型傅里叶变换红外光谱仪 ( 美国 Thermo Fisher
            子水，自制。
                                                               Scientific 集团)分析样品官能团，KBr 压片制样，扫
            1.2    制备
                                                                                   –1
                                                               描范围为 400~4000 cm 。
            1.2.1    还原氧化石墨烯（RGO）的制备
                 以鳞片石墨为原料，采用 Hummers 法制备氧化                         拉曼光谱（Raman）：采用 InⅥa 型拉曼光谱仪
            石墨烯（GO）。将一定量的 GO 超声分散 2 h，将其                       （英国 Renishaw 公司）测定拉曼光谱，激光波长
                                                                                           –1
            加入装有质量分数 95%乙醇的圆柱状玻璃反应器                            514 nm，扫描范围 300~3000 cm 。
            中，在紫外灯激发下还原 12 h，抽滤并清洗 3 次，                            X 射线衍射（XRD）：采用 D/max 2000 PC X 射
            将所得样品于 60 ℃下真空干燥 48 h，于 N 2 气氛下                    线衍射仪（日本 Rigaku 公司）进行 XRD 测试，Cu Kα
            在管式炉中 300 ℃(升温速率 0.5 ℃/min)热还原 1 h，                射线，λ=0.15418 nm，扫描范围 2θ=5~70。
            研磨备用，标记为 RGO。                                          紫外-可见吸收光谱（UV-vis）：采用 UV-2700
            1.2.2  Fe@GE 的制备                                   型紫外-可见分光光度计（日本 Shimadzon 公司）对
                 称取 4.00 g FeCl 3 ·6H 2 O、3.00 g 葡萄糖、3.00 g    试样紫外吸收峰进行检测，测量范围为 200~800 nm。
                                                                   透射电镜（TEM）：采用 JEM-2100 型透射电子
            NH 4 Cl 充分混合，并置于船式坩埚中；在高纯 N 2
            氛围中，以 3  ℃/min 速率升温至 900  ℃，保温 3 h，                显微镜（日本电子公司）观测样品形貌，加速电压
            冷却至室温后，制得海绵状空心 Fe@GE 复合材料。                         200 kV。
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