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石墨烯基复合催化剂非均相类Fenton降解有机污染物的研究
摘要：石墨烯是一种新型的二维材料，具有优异的导电性、导热性、机械性能和化学稳定性。将石墨烯与金属氧化物等催化剂复合形成的复合催化剂在非均相类Fenton体系中展现出了极高的催化活性，可高效降解有机污染物。本文将系统地介绍石墨烯基复合催化剂在有机污染物降解方面的研究进展，并探讨其未来发展趋势。
关键词：石墨烯；复合催化剂；非均相类Fenton；有机污染物；降解
一、引言
随着工业的发展和人口的增长，大量有机污染物被排放到环境中，严重影响着人类的生态环境和健康。目前常规的物理、化学和生物处理方法难以有效降解这些有机污染物，因此，科学家们开始寻找新的方法来处理这类污染物。
Fenton氧化法是一种高效、经济、环保的有机废水处理技术，已被广泛应用于工业与生活废水处理[1]。Fenton体系利用过氧化氢（H2O2）和铁离子（Fe2+）生成·OH自由基来氧化降解有机污染物。但是，Fenton氧化法也存在一些缺点，如铁离子易与废水中的离子交换，难以深度氧化有机污染物等。
近年来，石墨烯(GO)作为一种新型的二维材料引起了人们的广泛关注[3]。GO具有优异的导电性、导热性、机械性能和化学稳定性，可以用于制备复合催化剂[4]。为克服Fenton氧化法的一些限制，学者们开始将GO与其他催化剂复合，研究其在Fenton体系中的催化降解有机污染物性能。通过复合，可以调整GO表面的化学性质、增加活性位点，提高催化效率，同时降低催化剂的成本，对环境具有重要的意义。
二、石墨烯基复合催化剂
目前研究最为广泛的是石墨烯与金属氧化物复合形成的复合催化剂。金属氧化物具有良好的物理和化学稳定性，在酸性环境下可发生Fenton反应产生高价铁，进而产生·OH自由基，从而对有机污染物进行氧化分解。常用的金属氧化物有Fe2O3、MnO2、TiO2等。
石墨烯与金属氧化物复合形成的复合催化剂具有较高的比表面积和丰富的活性位点，增加了Fenton反应中·OH自由基的生成量，提高了催化剂的催化活性。此外，由于石墨烯表面的疏水性，还可以有效吸附和分解不同种类的有机污染物，从而实现更加高效的污染物降解。
三、非均相类Fenton降解有机污染物
非均相类Fenton是指反应体系中既有氧化剂，又有催化剂存在。在非均相类Fenton体系中，常用的氧化剂是H2O2，催化剂常采用金属离子或者复合催化剂，这种方式能够提高反应物的利用率，增加产物的生成，提高反应的速率。
非均相类Fenton体系的优点是反应速度快，产生的自由基局部浓度高，适合快速降解废水中的污染物，但也存在一些问题，如产生的氧化产物难以完全分解，反应后的催化剂难以回收等。此外，由于产生的·OH自由基具有极强的氧化性和选择性，同时受到一定程度的废水水质和反应环境影响，不同种类的有机污染物在非均相类Fenton体系中的降解效果也不同。
四、石墨烯基复合催化剂降解有机污染物的实验研究
近年来，石墨烯基复合催化剂在非均相类Fenton体系中的降解有机污染物方面获得了很多研究进展。Xie等人[5]通过将Fe2O3和MnO2负载在GO上，制备出了一种高活性的复合催化剂。实验结果表明，这种复合催化剂在去除酚类有机污染物方面表现出了很好的性能。在最佳反应条件下，去除率可达97%。Zhang等人[6]成功地将TiO2纳米颗粒与GO复合，制备成一种新型的复合催化剂，用于异丙醇的降解。实验结果表明，复合催化剂可在15min内将异丙醇去除60%以上。此外，还有许多学者成功地将其他金属氧化物、氮化物以及碳化物等催化剂与石墨烯复合，在水中降解各种污染物，取得了显著的效果[7-8]。
五、石墨烯基复合催化剂的发展趋势
石墨烯基复合催化剂在有机污染物降解方面的应用前景广阔，但也面临一些挑战和机遇。为了进一步提高石墨烯基复合催化剂的降解性能，有必要开展以下研究工作。
1.优化复合催化剂的结构和化学成分，制备出更加高效、稳定和具有选择性的催化剂。
2.研究复合催化剂的毒性和生态效应对环境的影响，建立科学的平衡评估方法。
3.深入研究石墨烯与其他材料复合形成复合催化剂的化学反应机理，理解其催化性能的本质。
4.探索新的非均相类Fenton体系，利用复合催化剂高效降解不同种类的有机污染物。
六、结论
石墨烯基复合催化剂作为一种新型的催化剂，在有机污染物降解方面展现出了极高的催化活性，具有广泛的应用前景。未来建议深入研究其化学反应机理，并积极探索更多的非均相类Fenton体系，以提高石墨烯基复合催化剂在有机污染物降解方面的效率和可持续性。