本发明属于催化材料制备，更具体的说是涉及一种fe(ⅲ)-g-c3n4催化材料及其制备方法和应用。
背景技术：
1、近年来，难降解有机污染物(recalcitrant organic pollutants,rops)对水体的污染已成为人类面临的严重问题，rops广泛存在于化工、印染、制药、造纸等行业废水中，一般包括多环芳烃、卤代烃、杂环类化合物、有机氰化物、有机磷农药、表面活性剂、有机染料等有机物，这类物质具有长期残留性、生物蓄积性、半挥发性和高毒性等特性。很多具有毒性的难降解有机物无法通过常规处理方法去除。因此研发经济有效的rops控制、处理技术具有重要意义。
2、基于过氧单硫酸盐(pms)的高级氧化工艺(aops)在去除水中有机污染物方面的关注度持续上升。高级氧化工艺(advanced oxidation process,aop)被认为是通过氧化还原反应降解rops的有效方法。其中，基于硫酸根的aop(sr-aop)工艺可以产生具有强氧化性的硫酸根自由基(so4·-)和羟基自由基(ho·)，能够快速高效降解rops，从而受到人们的广泛关注。但是过硫酸盐如果没有活化，去除效果远没有激活后以自由基形式降解污染物的效果好。因此，过硫酸盐的活化剂选择及其性质将对污染物降解有至关重要的作用。在众多活化方式中，过渡金属活化方法在对反应系统的配制上要求并不复杂，并且经济。在可供选择的活化金属离子中，铁由于其本身没有毒害作用并且来源丰富、廉价、易于生产而被广泛用于催化过硫酸盐降解各类污染物。多种铁基催化剂(如fe2+，fe2o3，和fe3o4)由于其本身具有很高的环境友好性和成本效益，故而被广泛应用到pms的活化过程当中。然而在均相体系中，溶解的铁离子可以和过硫酸盐自由反应，会导致活化反应中存在一些限制，例如活化剂失效、会产生铁泥积累问题，因此目前国内外的研究越来越倾向于在纳米材料上负载过渡金属离子，g-c3n4(类石墨相氮化碳)由于其无毒、低密度的优点，故而是优良的负载材料。
3、高锰酸盐(mn(vii))是一种比较常见的氧化剂，对某些有机污染物具有选择性氧化能力。与其他化学氧化剂相比，mn(vii)具有高还原电位，并且因为其相对稳定性、易于处理、成本相对较低以及不形成氯化或溴化副产物而具有吸引力。此外，mn(vii)的还原产物对环境无害，可以作为混凝剂来改善混凝/过滤过程的性能，也可以作为吸附剂或氧化剂来促进相关成分的去除。与其它技术的联用可以很大程度提高高锰酸钾的利用效率，增强对水中污染物的降解效果，但目前的研究仍存在一定的问题；mn(vii)的作用可能因催化剂、反应条件和污染物等因素而有所不同。因此，需要进行充分的实验研究和条件优化从而获得最佳的降解效果和催化剂稳定性。
4、高锰酸盐和pms作为强氧化剂，可以氧化降解有机污染物，但单一的高锰酸盐或pms处理有机污染物的效果并不显著。因此急需对基于过硫酸盐高级氧化技术进一步改进优化。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种fe(ⅲ)-g-c3n4催化材料及其制备方法和应用，能够协同高锰酸盐活化过硫酸盐处理难降解有机污染物，具有优异的氧化催化降解效果，从而解决现有过硫酸盐高级氧化中通常采用还原性fe2+活化剂易失效，活化的环境条件要求高以及产生铁泥二次污染，和采用电活化技术操作复杂，成本高和体系效率低等问题。
2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
3、本发明技术方案之一：提供一种fe(ⅲ)-g-c3n4催化材料，所述催化材料包括载体g-c3n4和负载物fe(ⅲ)。
4、进一步的，所述载体g-c3n4表面光滑具有典型层状堆叠结构。
5、进一步的，所述负载物fe(ⅲ)负载于所述载体g-c3n4的表面和层片结构中。
6、与其他催化材料相比，本发明制备fe(ⅲ)-g-c3n4催化材料的原料来源丰富、廉价、易于生产，且fe(ⅲ)活化剂不易失效、不会产生铁泥积累问题。
7、本发明技术方案之二：提供一种上述fe(ⅲ)-g-c3n4催化材料的制备方法，步骤包括：
8、将铁前驱体和三聚氰胺研磨混合，煅烧、研磨后离心洗涤即得所述fe(ⅲ)-g-c3n4。
9、进一步的，所述铁前驱体包括三氯化铁、氧化铁和硫酸铁中的至少一种。
10、进一步的，所述铁前驱体和三聚氰胺的质量比为1:20～30。
11、进一步的，所述研磨混合的时间为30～50min。
12、进一步的，所述煅烧的温度为550～580℃，时间为4～6h。
13、进一步的，所述研磨的时间为30～50min。
14、进一步的，所述离心洗涤为使用水离心洗涤三次，其中，离心洗涤的转速为10000～11000rpm，时间为10～15min。
15、离心洗涤的目的是为了去除样品中未成功结合的fe3+与g-c3n4杂质，得到纯度较高的fe(ⅲ)-g-c3n4。
16、进一步的，还包括，离心洗涤后在80℃条件下进行烘干。
17、本发明技术方案之三：提供一种上述fe(ⅲ)-g-c3n4催化材料作为催化剂在降解有机物中的应用。
18、本发明技术方案之四：提供一种fe(ⅲ)-g-c3n4协同mn(vii)活化pms降解有机污染物的方法，步骤包括：
19、在有机废水中加入上述fe(ⅲ)-g-c3n4和高锰酸盐，混合均匀，然后加入过硫酸盐进行反应，即完成有机物的降解。
20、进一步的，所述fe(ⅲ)-g-c3n4在有机废水中的浓度为0.1g/l。
21、进一步的，所述高锰酸盐在有机废水中的浓度为20～30μmol/l。
22、进一步的，所述过硫酸盐在有机废水中的浓度为0.1g/l。
23、本发明技术方案之五：提供一种上述方法在处理有机废水中的应用。
24、本发明公开了以下技术效果：
25、本发明制备得到的fe(ⅲ)-g-c3n4催化材料，其中的fe(iii)不但活化了pms，同时协同高锰酸盐氧化有机物后产生mn 2+、mn(iv)和mn(vi)等活性物种，催化活化过硫酸盐产生硫酸根自由基，实现对有机物的二次氧化，进一步加强了对pms的氧化分解，提高了催化降解活性，能高效去除有机染料或难降解的有机物。
1.一种fe(ⅲ)-g-c3n4催化材料，其特征在于，所述催化材料包括载体g-c3n4和负载物fe(ⅲ)。
2.根据权利要求1所述的fe(ⅲ)-g-c3n4催化材料，其特征在于，所述载体g-c3n4表面光滑具有层状堆叠结构；所述负载物fe(ⅲ)负载于所述载体g-c3n4的表面和层状堆叠结构中。
3.一种如权利要求1或2所述fe(ⅲ)-g-c3n4催化材料的制备方法，其特征在于，步骤包括：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述铁前驱体和三聚氰胺的质量比为1:20～30；所述研磨混合的时间为30～50min；所述铁前驱体包括三氯化铁、氧化铁和硫酸铁中的至少一种。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述煅烧的温度为550～580℃，时间为4～6h；所述研磨的时间为30～50min；所述离心洗涤为使用水离心洗涤三次，转速为10000～11000rpm，时间为10～15min。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，还包括，离心洗涤后在80℃条件下进行烘干。
7.一种如权利要求1或2所述的fe(ⅲ)-g-c3n4催化材料作为催化剂在降解有机物中的应用。
8.一种fe(ⅲ)-g-c3n4协同mn(vii)活化pms降解有机污染物的方法，其特征在于，步骤包括：
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述fe(ⅲ)-g-c3n4在有机废水中的浓度为0.1g/l；所述高锰酸盐在有机废水中的浓度为0～30μmol/l；所述过硫酸盐在有机废水中的浓度为0.1g/l。
10.一种如权利要求8或9所述方法在处理有机废水中的应用。
