[發明專利]四氧化三鐵/二氧化硅/二氧化錳催化劑及其制備方法

有效

• 申請號: 201510025683.0
• 申請日: 2015-01-20
• 公開（公告）號: CN104646021A
• 公開（公告）日: 2015-05-27
• 發明（設計）人: 陳志軍;楊清香;李銀萍;高麗君;李浩;湯凱;張翔
• 申請（專利權）人: 鄭州輕工業學院
• 主分類號: B01J23/889
• 分類號: B01J23/889;C01B13/02
• 代理公司: 鄭州優盾知識產權代理有限公司 41125
• 代理人: 張紹琳;孫詩雨

技術領域

本發明屬于催化劑制備技術領域，具體涉及一種雙氧水分解產氧的新型催化劑體系，該催化劑體系可以用于深井作業產氧型礦用設備領域。

背景技術

深井作業時，隨著井深度的增加，氧氣含量會降低，如果不有效及時的補充氧氣，往往會使作業工人因缺氧而暈厥甚至會造成嚴重的事故，因此，方便、快捷經濟的制取氧氣的方法和技術具有重要的社會經濟價值。目前，工業制取氧氣的方法主要包括：（1）空氣冷凍分離空氣中氧氣制取氧氣法；（2）分子篩制氧法（吸附法）；（3）電解水制氧法；這三種技術具有原料的廉價、易得的優點，是工業上制氧最常用的方法，其缺點是設備投資大，需要專門的氧氣的儲存和運輸設備和裝置，使用都極不方便,尤其是在深井下攜帶巨大笨重的鋼瓶非常不方便，因此，化學制氧法以其方便快捷需要設備小投資小而受到人們的重視。化學制氧法中又以雙氧水制備成本低，分解后副產物是氧氣和水，沒有二次污染問題，而成為化學產氧的最重要的原材料，具有產氧量大，成本低，效率高等優點。因此，研究能夠既有效分解雙氧水又能夠有效回收再生的催化劑，具有重大的經濟價值和社會價值。

發明內容

本發明的目的是提供一種四氧化三鐵/二氧化硅/二氧化錳（Fe₃O₄/SiO₂/MnO₂）催化劑，該催化劑具有對雙氧水高效的催化分解產氧的功能，且成本低，易于回收循環利用。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：一種Fe₃O₄/SiO₂/MnO₂催化劑，所述Fe₃O₄/SiO₂/MnO₂催化劑是以“花瓣”狀結構的二氧化錳（MnO₂）為功能殼層、多尺寸四氧化三鐵（Fe₃O₄）?為磁性核，以二氧化硅（SiO₂）?為保護層以保護磁性核，是具有磁性核/保護層/功能殼層三層復合結構的磁性催化劑。

所述功能殼層的厚度為5～20nm。

所述磁性核的直徑為10～150?nm。

所述保護層的厚度為5～20?nm。

一種Fe₃O₄/SiO₂/MnO₂催化劑的制備方法，步驟如下：

（1）Fe₃O₄/SiO₂納米粒子的制備：將Fe₃O_4?納米粒子溶于環己烷中得到濃度為0.02g/mL的混合溶液，超聲8~15min后，加入環己烷、曲拉通、正己醇和H₂O，攪拌形成微乳液，在25~35℃下攪拌25~35min后加入正硅酸乙酯，反應0.5~1.5小時后加入氨水，反應20~30h，反應結束后加入乙醇破乳，然后在外磁場作用下，從懸浮液中分離出所制備的復合納米粒子，洗滌、干燥得到Fe₃O₄/SiO₂納米粒子；

（2）Fe₃O₄/SiO₂/MnO₂催化劑的制備：將Fe₃O₄/SiO₂納米粒子分散在去離子水中得到濃度為0.1g/mL的Fe₃O₄/SiO₂納米粒子水溶液，緩慢加入高錳酸鉀水溶液和氧化鋅，在180～250℃的條件下反應1～4小時，冷卻到室溫，磁分離復合粒子，洗滌、干燥得到Fe₃O₄/SiO₂/MnO₂催化劑，通過控制反應溫度、反應時間及氧化鋅若干控制氧化錳外層尺寸大小和?“花瓣”狀“褶皺”結構。

所述步驟（1）中混合溶液、環己烷、曲拉通、正己醇、H₂O、正硅酸乙酯、氨水和乙醇的體積比為1：1.1：0.5：2：10：2：0.1：5。

所述步驟（2）中高錳酸鉀水溶液的濃度為0.5～10?mg/mL。

所述步驟（2）中Fe₃O₄/SiO₂納米粒子水溶液和高錳酸鉀水溶液的體積比為1：2～20。