一種碳量子點負載鐵基材料高效異相類芬頓催化劑的制備方法與流程

本發明屬于水處理領域，具體涉及一種高效異相芬頓催化劑的制備方法。

背景技術：

化工產業作為國民經濟支柱，為經濟快速發展做出了極大的貢獻，但隨之也帶來越來越多的污染問題，如水污染、土壤污染以及大氣污染等。在土壤污染和水污染中，以苯酚為代表的芳香烴類污染物，嚴重危害人體和生態環境。高級催化氧化(fenton氧化及類fenton氧化)在常溫常壓下反應，操作方便、氧化能力強，在土壤修復和有機廢水處理應用前景廣闊。而目前的芬頓氧化技術中，常存在fe離子溶出而產生鐵泥等易造成二次污染，且多次循環性能嚴重下降。故在高效異相催化劑的開發中，制備價廉易得、比表面積大、活性高和ph應用范圍廣的類芬頓催化劑材料在水處理領域具有重要的應用價值。

技術實現要素：

發明的目的是要解決現有異相催化劑制備復雜，活性差，fe離子溶出而產生鐵泥等易造成二次污染，且多次循環性能嚴重下降的問題，而提供一種碳量子點負載鐵基材料高效異相類芬頓催化劑的制備方法。

一種碳量子點負載鐵基材料高效異相類芬頓催化劑的制備方法，具體是以下步驟完成的：

一、制備量子點前驅體溶液：

將碳源溶解到去離子水中，再加入有機小分子溶劑，混合均勻，得到量子點前驅體溶液；

步驟一中所述的碳源為葡萄糖、蔗糖、果糖、可溶性淀粉、抗壞血酸、檸檬酸和乙二胺中的一種或其中幾種的混合物；

步驟一中所述的碳源的質量與去離子水的體積比為(0g～0.5g):1ml；

步驟一中所述的去離子水與有機小分子溶劑的體積比為1:(9～99)；

二、將鐵或枝狀鐵銅合金粉體加入到量子點前驅體溶液中，再超聲分散0.5min～2min，得到懸浮液；

步驟二中所述的鐵或枝狀鐵銅合金粉體的質量與量子點前驅體溶液的體積比為(1g～30g):1l；

步驟二中所述的枝狀鐵銅合金粉體具體是按以下步驟完成的：

①、將電解液置于電解槽中，以純銅電極作為陰極，以環形石墨電極作為陽極，使用導線將直流電源的負極與陰極相連接，再使用導線將電源的正極與陽極相連接，設置初始電流密度為1.4a/dm²～1.6a/dm²，接通直流電源，在初始電流密度為1.4a/dm²～1.6a/dm²下反應10s～15s，再將電流密度增大至初始電流密度的2倍，再在2倍的初始電流密度下反應10s～15s，停止反應，在陰極上得到枝狀銅合金粉體；

步驟二①中所述的電解液由硫酸亞鐵、硫酸銅、無水乙醇和蒸餾水混合而成或由硫酸亞鐵、無水乙醇和蒸餾水混合而成；

②、首先使用去離子水對枝狀銅合金粉體清洗3次～5次，再使用無水乙醇清洗3次～5次，再在溫度為60℃下干燥，得到枝狀鐵銅合金粉體；

三、將懸浮液轉移至聚四氟乙烯內襯中，再將聚四氟乙烯內襯放入不銹鋼反應釜中，在將不銹鋼反應釜放入溫度為140℃～220℃的烘箱中反應24h～28h，得到含有反應產物的溶液；

四、將含有反應產物的溶液進行過濾，收集粉體，使用去離子水對收集的粉體清洗3次～5次，再使用無水乙醇對收集的粉體清洗3次～5次，再在溫度為50℃～70℃下真空干燥4h～12h，得到碳量子點負載鐵基材料高效異相類芬頓催化劑。

本發明的優點：

一、本發明方法制備方法簡單，原料廉價易得，與現有技術中采用石墨烯，碳納米管等負載制備催化劑的方法相比，本發明直接采用廉價易得的葡萄糖，蔗糖，抗壞血酸等作為碳源，大大降低了成本；本發明制備方法中采用溶劑熱法，所選的溶劑也為小分子溶劑，廉價易得；

二、本發明實驗可控，可以通過調節合適的參數，如時間、溫度、碳源種類、數量、有機小分子溶劑等獲得更優的催化劑；

三、本發明制備的碳量子點負載鐵基材料高效異相類芬頓催化劑不易團聚，催化活性高，相對于其他納米級催化劑，本發明制備的材料尺寸在微米級，其在實際使用中分散性好，不易團聚；另外，由于本材料具有多級結構，其主干在微米級尺寸，而其次級結構在納米結構，還具有尺寸更好的量子點，因此賦予了其高催化活性的的特點；

四、本發明制備的碳量子點負載鐵基材料高效異相類芬頓催化劑能夠在10min內降解99％以上的苯酚，降解性能與現有技術制備的催化劑相比，可提高30％～200％；

五、本發明制備的碳量子點負載鐵基材料高效異相類芬頓催化劑循環使用2次，降解苯酚的能力為原始的90％，而現有技術中制備的催化劑，循環使用2次，降解苯酚的能力為原始的19％；

六、本發明制備的碳量子點負載鐵基材料高效異相類芬頓催化劑在降解苯酚30min后，鐵溶出小于1.2mg/l，與現有催化劑相比，鐵溶出量降低了20％～60％。

本發明可獲得一種碳量子點負載鐵基材料高效異相類芬頓催化劑。

附圖說明

圖1為含有反應產物的溶液的紫外吸收圖譜，圖1中1為實施例一中步驟三得到的含有反應產物的溶液的紫外吸收曲線，2為實施例二中步驟三得到的含有反應產物的溶液的紫外吸收曲線，3為實施例三中步驟三得到的含有反應產物的溶液的紫外吸收曲線；

圖2為實施例一制備的碳量子點負載鐵/四氧化三鐵高效異相類芬頓催化劑的xrd圖譜；

圖3為實施例二制備的碳量子點負載枝狀鐵粉/四氧化三鐵高效異相類芬頓催化劑的xrd圖譜；

圖4為實施例三制備的碳量子點負載鐵/銅/四氧化三鐵高效異相類芬頓催化劑的xrd圖譜；

圖5為實施例一制備的碳量子點負載鐵/四氧化三鐵高效異相類芬頓催化劑的sem圖；

圖6為實施例二制備的碳量子點負載枝狀鐵粉/四氧化三鐵高效異相類芬頓催化劑的sem圖；

圖7為實施例三制備的碳量子點負載鐵/銅/四氧化三鐵高效異相類芬頓催化劑的sem圖；

圖8為降解苯酚的曲線圖，圖8中1為鐵粉降解苯酚的曲線，2為實施例一制備的碳量子點負載鐵/四氧化三鐵高效異相類芬頓催化劑降解苯酚的曲線，3為實施例二制備的碳量子點負載枝狀鐵粉/四氧化三鐵高效異相類芬頓催化劑降解苯酚的曲線，4為實施例三制備的碳量子點負載鐵/銅/四氧化三鐵高效異相類芬頓催化劑降解苯酚的曲線；

圖9為降解苯酚的曲線圖，圖9中1為鐵粉降解苯酚的曲線，2為第二次循環的鐵粉降解苯酚的曲線，3為實施例三制備的碳量子點負載鐵/銅/四氧化三鐵高效異相類芬頓催化劑降解苯酚的曲線，4為第二次循環的實施例三制備的碳量子點負載鐵/銅/四氧化三鐵高效異相類芬頓催化劑降解苯酚的曲線；

圖10為不同催化劑降解苯酚30min時的鐵溶出情況圖，圖10中1為鐵粉降解苯酚30min時的鐵溶出柱狀圖，2為實施例一制備的碳量子點負載鐵/四氧化三鐵高效異相類芬頓催化劑降解苯酚30min時的鐵溶出柱狀圖，3為實施例二制備的碳量子點負載枝狀鐵粉/四氧化三鐵高效異相類芬頓催化劑降解苯酚30min時的鐵溶出柱狀圖，4為實施例三制備的碳量子點負載鐵/銅/四氧化三鐵高效異相類芬頓催化劑降解苯酚30min時的鐵溶出柱狀圖；

圖11為降解苯酚的曲線圖，圖11中1為實施例二制備的碳量子點負載枝狀鐵粉/四氧化三鐵高效異相類芬頓催化劑降解苯酚的曲線，2為實施例三制備的碳量子點負載鐵/銅/四氧化三鐵高效異相類芬頓催化劑降解苯酚的曲線，3為實施例四制備的碳量子點負載枝狀鐵粉/四氧化三鐵高效異相類芬頓催化劑降解苯酚的曲線，4為實施例五制備的碳量子點負載鐵/銅/四氧化三鐵高效異相類芬頓催化劑降解苯酚的曲線。

具體實施方式

具體實施方式一：本實施方式是一種碳量子點負載鐵基材料高效異相類芬頓催化劑的制備方法，具體是以下步驟完成的：

一、制備量子點前驅體溶液：

將碳源溶解到去離子水中，再加入有機小分子溶劑，混合均勻，得到量子點前驅體溶液；

步驟一中所述的碳源為葡萄糖、蔗糖、果糖、可溶性淀粉、抗壞血酸、檸檬酸和乙二胺中的一種或其中幾種的混合物；

步驟一中所述的碳源的質量與去離子水的體積比為(0g～0.5g):1ml；

步驟一中所述的去離子水與有機小分子溶劑的體積比為1:(9～99)；

二、將鐵或枝狀鐵銅合金粉體加入到量子點前驅體溶液中，再超聲分散0.5min～2min，得到懸浮液；

步驟二中所述的鐵或枝狀鐵銅合金粉體的質量與量子點前驅體溶液的體積比為(1g～30g):1l；

步驟二中所述的枝狀鐵銅合金粉體具體是按以下步驟完成的：

①、將電解液置于電解槽中，以純銅電極作為陰極，以環形石墨電極作為陽極，使用導線將直流電源的負極與陰極相連接，再使用導線將電源的正極與陽極相連接，設置初始電流密度為1.4a/dm²～1.6a/dm²，接通直流電源，在初始電流密度為1.4a/dm²～1.6a/dm²下反應10s～15s，再將電流密度增大至初始電流密度的2倍，再在2倍的初始電流密度下反應10s～15s，停止反應，在陰極上得到枝狀銅合金粉體；

步驟二①中所述的電解液由硫酸亞鐵、硫酸銅、無水乙醇和蒸餾水混合而成或由硫酸亞鐵、無水乙醇和蒸餾水混合而成；

②、首先使用去離子水對枝狀銅合金粉體清洗3次～5次，再使用無水乙醇清洗3次～5次，再在溫度為60℃下干燥，得到枝狀鐵銅合金粉體；

三、將懸浮液轉移至聚四氟乙烯內襯中，再將聚四氟乙烯內襯放入不銹鋼反應釜中，在將不銹鋼反應釜放入溫度為140℃～220℃的烘箱中反應24h～28h，得到含有反應產物的溶液；

四、將含有反應產物的溶液進行過濾，收集粉體，使用去離子水對收集的粉體清洗3次～5次，再使用無水乙醇對收集的粉體清洗3次～5次，再在溫度為50℃～70℃下真空干燥4h～12h，得到碳量子點負載鐵基材料高效異相類芬頓催化劑。

本實施方式的優點：

一、本實施方式方法制備方法簡單，原料廉價易得，與現有技術中采用石墨烯，碳納米管等負載制備催化劑的方法相比，本實施方式直接采用廉價易得的葡萄糖，蔗糖，抗壞血酸等作為碳源，大大降低了成本；本實施方式制備方法中采用溶劑熱法，所選的溶劑也為小分子溶劑，廉價易得；

二、本實施方式實驗可控，可以通過調節合適的參數，如時間、溫度、碳源種類、數量、有機小分子溶劑等獲得更優的催化劑；

三、本實施方式制備的碳量子點負載鐵基材料高效異相類芬頓催化劑不易團聚，催化活性高，相對于其他納米級催化劑，本實施方式制備的材料尺寸在微米級，其在實際使用中分散性好，不易團聚；另外，由于本材料具有多級結構，其主干在微米級尺寸，而其次級結構在納米結構，還具有尺寸更好的量子點，因此賦予了其高催化活性的的特點；

四、本實施方式制備的碳量子點負載鐵基材料高效異相類芬頓催化劑能夠在10min內降解99％以上的苯酚，降解性能與現有技術制備的催化劑相比，可提高30％～200％；

五、本實施方式制備的碳量子點負載鐵基材料高效異相類芬頓催化劑循環使用2次，降解苯酚的能力為原始的90％，而現有技術中制備的催化劑，循環使用2次，降解苯酚的能力為原始的19％；

六、本實施方式制備的碳量子點負載鐵基材料高效異相類芬頓催化劑在降解苯酚30min后，鐵溶出小于1.2mg/l，與現有催化劑相比，鐵溶出量降低了20％～60％。

本實施方式可獲得一種碳量子點負載鐵基材料高效異相類芬頓催化劑。

具體實施方式二：本實施方式與具體實施方式一不同點是：步驟一中所述的有機小分子溶劑為無水乙醇、乙二醇、丙醇和丙二醇中的一種或其中幾種的混合液。其他步驟與具體實施方式一相同。

具體實施方式三：本實施方式與具體實施方式一或二之一不同點是：步驟二①中所述的電解液中fe²⁺與cu²⁺的總離子濃度為0.5mol/l～1.0mol/l，且cu²⁺占fe²⁺與cu²⁺總離子的0％～10％。其他步驟與具體實施方式一或二相同。

具體實施方式四：本實施方式與具體實施方式一至三之一不同點是：步驟二①中所述的電解液中無水乙醇的濃度為20ml/l～40ml/l。其他步驟與具體實施方式一至三相同。

具體實施方式五：本實施方式與具體實施方式一至四之一不同點是：步驟二中所述的超聲分散的功率為10w～20w。其他步驟與具體實施方式一至四相同。

具體實施方式六：本實施方式與具體實施方式一至五之一不同點是：步驟一中所述的碳源的質量與去離子水的體積比為(0.1g～0.5g):1ml。其他步驟與具體實施方式一至五相同。

具體實施方式七：本實施方式與具體實施方式一至六之一不同點是：步驟一中所述的去離子水與有機小分子溶劑的體積比為1:(11～29)。其他步驟與具體實施方式一至六相同。

具體實施方式八：本實施方式與具體實施方式一至七之一不同點是：步驟一中所述的去離子水與有機小分子溶劑的體積比為1:(29～59)。其他步驟與具體實施方式一至七相同。

具體實施方式九：本實施方式與具體實施方式一至八之一不同點是：步驟二中所述的鐵或枝狀鐵銅合金粉體的質量與量子點前驅體溶液的體積比為(1g～10g):1l。其他步驟與具體實施方式一至八相同。

具體實施方式十：本實施方式與具體實施方式一至九之一不同點是：步驟三中將懸浮液轉移至聚四氟乙烯內襯中，再將聚四氟乙烯內襯放入不銹鋼反應釜中，在將不銹鋼反應釜放入溫度為140℃～160℃的烘箱中反應24h～28h，得到含有反應產物的溶液。其他步驟與具體實施方式一至九相同。

具體實施方式十一：本實施方式與具體實施方式一至十之一不同點是：步驟二①中所述的電解液中fe²⁺與cu²⁺的總離子濃度為0.5mol/l～1.0mol/l，且cu²⁺占fe²⁺與cu²⁺總離子的2％～4％。其他步驟與具體實施方式一至十相同。

具體實施方式十二：本實施方式與具體實施方式一至十一之一不同點是：步驟二①中所述的電解液中fe²⁺與cu²⁺的總離子濃度為0.5mol/l～1.0mol/l，且cu²⁺占fe²⁺與cu²⁺總離子的4％～6％。其他步驟與具體實施方式一至十一相同。

具體實施方式十三：本實施方式與具體實施方式一至十二之一不同點是：步驟二①中所述的電解液中fe²⁺與cu²⁺的總離子濃度為0.5mol/l～1.0mol/l，且cu²⁺占fe²⁺與cu²⁺總離子的6％～8％。其他步驟與具體實施方式一至十二相同。

采用以下實施例驗證本發明的有益效果：

實施例一：一種碳量子點負載鐵/四氧化三鐵高效異相類芬頓催化劑的制備方法，具體是按以下步驟完成的：

一、制備量子點前驅體溶液：

將0.5g碳源溶解到5ml去離子水中，再加入55ml有機小分子溶劑，混合均勻，得到量子點前驅體溶液；

步驟一中所述的碳源為可溶性淀粉；

步驟一中所述的有機小分子溶劑為丙醇；

二、將0.5g鐵粉加入到步驟一中得到的量子點前驅體溶液中，再超聲分散2min，得到懸浮液；

步驟二中所述的超聲分散的功率為15w；

三、將步驟二中得到的懸浮液轉移至聚四氟乙烯內襯中，再將聚四氟乙烯內襯放入不銹鋼反應釜中，在將不銹鋼反應釜放入溫度為160℃的烘箱中反應48h，得到含有反應產物的溶液；

四、將含有反應產物的溶液進行過濾，收集粉體，使用去離子水對收集的粉體清洗3次，再使用無水乙醇對收集的粉體清洗3次，再在溫度為60℃下真空干燥6h，得到碳量子點負載鐵/四氧化三鐵高效異相類芬頓催化劑。

實施例一步驟二中所述的鐵粉為普通市售鐵粉。

實施例二：一種碳量子點負載枝狀鐵粉/四氧化三鐵高效異相類芬頓催化劑的制備方法，具體是按以下步驟完成的：

一、制備量子點前驅體溶液：

將0.2g碳源溶解到2ml去離子水中，再加入58ml有機小分子溶劑，混合均勻，得到量子點前驅體溶液；

步驟二中所述的碳源為抗壞血酸；

步驟二中所述的有機小分子溶劑為乙二醇；

二、將0.6g多級結構的枝狀納米鐵加入到步驟二中得到的量子點前驅體溶液中，再超聲分散2min，得到懸浮液；

步驟二中所述的超聲分散的功率為10w；

三、將步驟二中得到的懸浮液轉移至聚四氟乙烯內襯中，再將聚四氟乙烯內襯放入不銹鋼反應釜中，在將不銹鋼反應釜放入溫度為200℃的烘箱中反應24h，得到含有反應產物的溶液；

四、將含有反應產物的溶液進行過濾，收集粉體，使用去離子水對收集的粉體清洗3次，再使用無水乙醇對收集的粉體清洗3次，再在溫度為60℃下真空干燥6h，得到碳量子點負載枝狀鐵粉/四氧化三鐵高效異相類芬頓催化劑。

實施例二步驟二中所述的多級結構的枝狀納米鐵是按照申請號為201210344112.x，發明名稱為《一種快速制備多級結構的枝狀納米鐵的方法》中的實施例一制備的。

實施例三：一種碳量子點負載鐵/銅/四氧化三鐵高效異相類芬頓催化劑的制備方法，具體是按以下步驟完成的：

一、制備量子點前驅體溶液：

將0.5g碳源溶解到1ml去離子水中，再加入59ml有機小分子溶劑，混合均勻，得到量子點前驅體溶液；

步驟一中所述的碳源為葡萄糖；

步驟一所述的有機小分子溶劑為無水乙醇；

二、將0.6g鐵或枝狀鐵銅合金粉體加入到步驟一中得到的量子點前驅體溶液中，再超聲分散2min，得到懸浮液；

步驟二中所述的超聲分散的功率為15w；

步驟二中所述的枝狀鐵銅合金粉體具體是按以下步驟完成的：

①、將電解液置于電解槽中，以純銅電極作為陰極，以環形石墨電極作為陽極，使用導線將直流電源的負極與陰極相連接，再使用導線將電源的正極與陽極相連接，設置初始電流密度為1.6a/dm²，接通直流電源，在初始電流密度為1.6a/dm²下反應10s，再將電流密度增大至3.2a/dm²，再在3.2a/dm²下反應10s，停止反應，在陰極上得到枝狀銅合金粉體；

步驟二①中所述的電解液由硫酸亞鐵、硫酸銅、無水乙醇和蒸餾水混合而成；

步驟二①中所述的電解液中fe²⁺與cu²⁺的總離子濃度為0.5mol/l，且cu²⁺占fe²⁺與cu²⁺總離子的10％；

步驟二①中所述的電解液中無水乙醇的濃度為40ml/l；

②、首先使用去離子水對枝狀銅合金粉體清洗3次，再使用無水乙醇清洗3次，再在溫度為60℃下干燥，得到枝狀鐵銅合金粉體；

三、將懸浮液轉移至聚四氟乙烯內襯中，再將聚四氟乙烯內襯放入不銹鋼反應釜中，在將不銹鋼反應釜放入溫度為180℃的烘箱中反應24h，得到含有反應產物的溶液；

四、將含有反應產物的溶液進行過濾，收集粉體，使用去離子水對收集的粉體清洗3次～5次，再使用無水乙醇對收集的粉體清洗3次，再在溫度為60℃下真空干燥8h，得到碳量子點負載鐵基材料高效異相類芬頓催化劑。

實施例四：本實施例與實施例二的不同點為：步驟二中所述的有機小分子溶劑為無水乙醇。其他步驟及參數與實施例二相同。

實施例五：本實施例與實施例三的不同點為：步驟三中將懸浮液轉移至聚四氟乙烯內襯中，再將聚四氟乙烯內襯放入不銹鋼反應釜中，在將不銹鋼反應釜放入溫度為140℃的烘箱中反應24h，得到含有反應產物的溶液。其他步驟及參數與實施例三相同。

表1為能譜結果。

表1

從表1可知，實施例一制備的碳量子點負載鐵/四氧化三鐵高效異相類芬頓催化劑和實施例二制備的碳量子點負載枝狀鐵粉/四氧化三鐵高效異相類芬頓催化劑由c,o和fe三種元素組成，實施例三制備的碳量子點負載鐵/銅/四氧化三鐵高效異相類芬頓催化劑主要由c，o，fe和cu組成。這表明三種材料表面成功包覆了碳，而這些碳其主要形式是碳量子點。

圖1為含有反應產物的溶液的紫外吸收圖譜，圖1中1為實施例一中步驟三得到的含有反應產物的溶液的紫外吸收曲線，2為實施例二中步驟三得到的含有反應產物的溶液的紫外吸收曲線，3為實施例三中步驟三得到的含有反應產物的溶液的紫外吸收曲線；

從圖1可知，實施例一中步驟三得到的含有反應產物的溶液在218nm處有吸收峰，而實施例二步驟三得到的含有反應產物的溶液和實施例三步驟三得到的含有反應產物的溶液在267nm處有明顯的吸收峰，這兩個吸收峰都對應著碳量子點的吸收峰，表明實施例一、實施例二和實施例三中得到的反應產物均產生了量子點，只是量子點的性質上略有差異。

圖2為實施例一制備的碳量子點負載鐵/四氧化三鐵高效異相類芬頓催化劑的xrd圖譜；

從圖2可知，實施例一制備的碳量子點負載鐵/四氧化三鐵高效異相類芬頓催化劑主要由fe和fe3o4組成。由于碳量子點尺寸較小，并沒有出現其衍射峰。

圖3為實施例二制備的碳量子點負載枝狀鐵粉/四氧化三鐵高效異相類芬頓催化劑的xrd圖譜；

從圖3可知，實施例二制備的實施例二制備的碳量子點負載枝狀鐵粉/四氧化三鐵高效異相類芬頓催化劑主要由fe和fe3o4組成，相對于實施例一制備的碳量子點負載鐵/四氧化三鐵高效異相類芬頓催化劑，實施例二制備的碳量子點負載枝狀鐵粉/四氧化三鐵高效異相類芬頓催化劑中fe3o4的含量較少。由于碳量子點尺寸較小，并沒有出現其衍射峰。

圖4為實施例三制備的碳量子點負載鐵/銅/四氧化三鐵高效異相類芬頓催化劑的xrd圖譜；

從圖4可知，實施例三制備的碳量子點負載鐵/銅/四氧化三鐵高效異相類芬頓催化劑主要由fe、cu和fe3o4組成，相對于實施例一制備的碳量子點負載鐵/四氧化三鐵高效異相類芬頓催化劑，實施例三制備的碳量子點負載鐵/銅/四氧化三鐵高效異相類芬頓催化劑中fe3o4的含量較少，由于碳量子點尺寸較小，并沒有出現其衍射峰。

圖5為實施例一制備的碳量子點負載鐵/四氧化三鐵高效異相類芬頓催化劑的sem圖；

從圖5可知，實施例一制備的碳量子點負載鐵/四氧化三鐵高效異相類芬頓催化劑要為塊狀顆粒組成。其中顆粒尺寸約為6μm。顆粒與顆粒之間還有一些無定形不規則物質，這可能是淀粉碳化不完全留下的。

圖6為實施例二制備的碳量子點負載枝狀鐵粉/四氧化三鐵高效異相類芬頓催化劑的sem圖；

從圖6可知，實施例二制備的碳量子點負載枝狀鐵粉/四氧化三鐵高效異相類芬頓催化劑主要為三級枝狀結構組成，這表明鐵的枝狀結構被很好的保留。其中枝狀尺寸在3μm～6μm。

圖7為實施例三制備的碳量子點負載鐵/銅/四氧化三鐵高效異相類芬頓催化劑的sem圖；

從圖7可知，實施例三制備的碳量子點負載鐵/銅/四氧化三鐵高效異相類芬頓催化劑主要為四級結構的枝狀形貌，這表明在熱處理的條件下，鐵銅合金的四級枝狀結構得到了很好的保留。樣品尺寸在8μm～12μm。

苯酚的降解試驗一：分別將5mg鐵粉、5mg實施例一制備的碳量子點負載鐵/四氧化三鐵高效異相類芬頓催化劑、5mg實施例二制備的碳量子點負載枝狀鐵粉/四氧化三鐵高效異相類芬頓催化劑和5mg實施例三制備的碳量子點負載鐵/銅/四氧化三鐵高效異相類芬頓催化劑加入到四份50ml濃度為35mg/l、ph值為4的苯酚溶液中，再在功率為15w下將四份苯酚溶液分別進行超聲10s，再在攪拌下向四份苯酚溶液中分別加入34μl的濃度為30wt.％的h2o2溶液，再將四份苯酚溶液分別加熱至30℃，降解苯酚的效果如圖8所示；所述的苯酚溶液的ph值是使用0.1mol/l的硫酸溶液調節的。

循環性能試驗：將苯酚的降解試驗一中降解苯酚40min后的實施例三制備的碳量子點負載鐵/銅/四氧化三鐵高效異相類芬頓催化劑和苯酚的降解試驗一中降解苯酚40min后的鐵粉取出，分別使用蒸餾水清洗5次，再在60℃下真空干燥10h，得到第二次循環的實施例三制備的碳量子點負載鐵/銅/四氧化三鐵高效異相類芬頓催化劑和第二次循環的鐵粉；將5mg鐵粉、5mg實施例三制備的碳量子點負載鐵/銅/四氧化三鐵高效異相類芬頓催化劑、5mg第二次循環的實施例三制備的碳量子點負載鐵/銅/四氧化三鐵高效異相類芬頓催化劑和5mg第二次循環的鐵粉分別加入到四份50ml濃度為35mg/l、ph值為4的苯酚溶液中，再在功率為15w下將四份苯酚溶液分別進行超聲10s，再在攪拌下向四份苯酚溶液中分別加入34μl的濃度為30wt.％的h2o2溶液，再將四份苯酚溶液分別加熱至30℃，降解苯酚的效果如圖9所示；所述的苯酚溶液的ph值是使用0.1mol/l的硫酸溶液調節的。

圖8為降解苯酚的曲線圖，圖8中1為鐵粉降解苯酚的曲線，2為實施例一制備的碳量子點負載鐵/四氧化三鐵高效異相類芬頓催化劑降解苯酚的曲線，3為實施例二制備的碳量子點負載枝狀鐵粉/四氧化三鐵高效異相類芬頓催化劑降解苯酚的曲線，4為實施例三制備的碳量子點負載鐵/銅/四氧化三鐵高效異相類芬頓催化劑降解苯酚的曲線；

從圖8可知，使用實施例一制備的碳量子點負載鐵/四氧化三鐵高效異相類芬頓催化劑降解苯酚，降解40min苯酚的降解率可達80％，降解能力弱于鐵粉；使用實施例二制備的碳量子點負載枝狀鐵粉/四氧化三鐵高效異相類芬頓催化劑降解苯酚，降解12min苯酚的降解率可達90％，降解能力稍好于鐵粉；實施例三制備的碳量子點負載鐵/銅/四氧化三鐵高效異相類芬頓催化劑的降解苯酚的效果最佳，能夠在10min降解99％以上苯酚，遠遠好于鐵粉。

圖9為降解苯酚的曲線圖，圖9中1為鐵粉降解苯酚的曲線，2為第二次循環的鐵粉降解苯酚的曲線，3為實施例三制備的碳量子點負載鐵/銅/四氧化三鐵高效異相類芬頓催化劑降解苯酚的曲線，4為第二次循環的實施例三制備的碳量子點負載鐵/銅/四氧化三鐵高效異相類芬頓催化劑降解苯酚的曲線；

從圖9可知，當降解15min時，第二次循環的實施例三制備的碳量子點負載鐵/銅/四氧化三鐵高效異相類芬頓催化劑降解苯酚仍能降解97％的苯酚，而鐵粉在第一降解試驗中，15min時去除90％的苯酚，而第二次循環的鐵粉，在15min時才能去除17％的苯酚，可知，實施例三制備的碳量子點負載鐵/銅/四氧化三鐵高效異相類芬頓催化劑的循環性能大大增加。

圖10為不同催化劑降解苯酚30min時的鐵溶出情況圖，圖10中1為鐵粉降解苯酚30min時的鐵溶出柱狀圖，2為實施例一制備的碳量子點負載鐵/四氧化三鐵高效異相類芬頓催化劑降解苯酚30min時的鐵溶出柱狀圖，3為實施例二制備的碳量子點負載枝狀鐵粉/四氧化三鐵高效異相類芬頓催化劑降解苯酚30min時的鐵溶出柱狀圖，4為實施例三制備的碳量子點負載鐵/銅/四氧化三鐵高效異相類芬頓催化劑降解苯酚30min時的鐵溶出柱狀圖；

從圖10可知，實施例一制備的碳量子點負載鐵/四氧化三鐵高效異相類芬頓催化劑、實施例二制備的碳量子點負載枝狀鐵粉/四氧化三鐵高效異相類芬頓催化劑和實施例三制備的碳量子點負載鐵/銅/四氧化三鐵高效異相類芬頓催化劑均小于原始鐵粉的溶出情況，減輕了金屬離子在體系中的釋放，其中實施例一制備的碳量子點負載鐵/四氧化三鐵高效異相類芬頓催化劑鐵溶出量最小，實施例二制備的碳量子點負載枝狀鐵粉/四氧化三鐵高效異相類芬頓催化劑次之，實施例三制備的碳量子點負載鐵/銅/四氧化三鐵高效異相類芬頓催化劑溶出鐵量最大。

苯酚的降解試驗二：分別將5mg實施例二制備的碳量子點負載枝狀鐵粉/四氧化三鐵高效異相類芬頓催化劑、5mg實施例三制備的碳量子點負載鐵/銅/四氧化三鐵高效異相類芬頓催化劑、5mg實施例四制備的碳量子點負載枝狀鐵粉/四氧化三鐵高效異相類芬頓催化劑、5mg實施例五制備的碳量子點負載鐵/銅/四氧化三鐵高效異相類芬頓催化劑加入到四份50ml濃度為35mg/l、ph值為4的苯酚溶液中，再在功率為15w下將四份苯酚溶液分別進行超聲10s，再在攪拌下向四份苯酚溶液中分別加入34μl的濃度為30wt.％的h2o2溶液，再將四份苯酚溶液分別加熱至30℃，降解苯酚的效果如圖9所示；所述的苯酚溶液的ph值是使用0.1mol/l的硫酸溶液調節的。

圖11為降解苯酚的曲線圖，圖11中1為實施例二制備的碳量子點負載枝狀鐵粉/四氧化三鐵高效異相類芬頓催化劑降解苯酚的曲線，2為實施例三制備的碳量子點負載鐵/銅/四氧化三鐵高效異相類芬頓催化劑降解苯酚的曲線，3為實施例四制備的碳量子點負載枝狀鐵粉/四氧化三鐵高效異相類芬頓催化劑降解苯酚的曲線，4為實施例五制備的碳量子點負載鐵/銅/四氧化三鐵高效異相類芬頓催化劑降解苯酚的曲線；

從圖11可知，實施例二與實施例四相比，當小分子溶劑不同時，催化劑性能也會受影響，小分子溶劑為乙二醇的制備的催化劑性能要優于小分子溶劑為乙醇的催化劑性能；實施例三和五相比，可知，180℃獲得的催化劑性能要優于140℃獲得的催化劑性能。兩種因素相比，溫度對催化劑影響較大，小分子溶劑對催化劑性能影響較小。但要指出的是，對于不同的溶劑熱體系，可以通過調節實驗參數如時間、溫度、碳源種類和數量等來使得獲得的催化劑性能達到最優。各實驗參數之間，具有一定的協同作用。

綜上所述，實施例三制備了異相高效類芬頓催化劑，通過在表面負載碳量子點，鐵基催化劑的降解能力大大提升，且鐵的溶出也有所降低。