[發(fā)明專(zhuān)利]一種制備二氧化錳納米催化劑的方法及其應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610902999.8
• 申請(qǐng)日: 2016-10-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106517341B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-10-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 杜紅梅;江訓(xùn)恒;嚴(yán)慧敏;鄒建平;朱建軍;邢秋菊;曾文龍;孫雨欣;鄢光雨;張軍
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 南昌航空大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C01G45/02
• 分類(lèi)號(hào): C01G45/02;B01J23/34;C02F1/58;C02F101/38
• 代理公司: 南昌洪達(dá)專(zhuān)利事務(wù)所36111
• 代理人: 劉凌峰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種制備二氧化錳納米催化劑的方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

近年來(lái)，工業(yè)的迅速發(fā)展不僅帶動(dòng)了國(guó)民經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)，也導(dǎo)致了水體污染災(zāi)害事件的頻繁發(fā)生。而水資源的污染是環(huán)境問(wèn)題中尤為突出的一個(gè)，也是目前世界各國(guó)普遍面臨而亟待解決的問(wèn)題之一。不同種類(lèi)的多鐘有機(jī)污染物進(jìn)入水體后，不易分解，能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定的存在于水體中，大部分本身具有毒性，許多有機(jī)物或其降解的中間產(chǎn)物具有“致癌、致畸、致突變”的“三致”作用，對(duì)人類(lèi)的健康構(gòu)成巨大的威脅。對(duì)于這些難降解的有機(jī)污染物，尤其是持久性有機(jī)污染物（POPs），采用傳統(tǒng)的物理、化學(xué)、生物處理工藝已難以去除。因此如何高效合成出性能優(yōu)良的催化劑，并高效去除環(huán)境中存在的大量POPs是當(dāng)今的研究重點(diǎn)。環(huán)境中的水污染問(wèn)題不止是我國(guó)存在的問(wèn)題，它在其他國(guó)家，乃至世界范圍內(nèi)都是難以解決的重要問(wèn)題。

二氧化錳是一類(lèi)具有多種優(yōu)良化學(xué)性能的錳氧化物。它有豐富的晶體結(jié)構(gòu)和可變的價(jià)態(tài)，α-MnO₂是以MnO₆為結(jié)構(gòu)單元所構(gòu)成的黑色蓬松物質(zhì)，其具有一維的八面體隧道結(jié)構(gòu)。α-MnO₂納米纖維形態(tài)對(duì)于有機(jī)物降解速率的提高有極大幫助。

水熱合成法是在亞臨界和超臨界水熱條件下，由于反應(yīng)處于分子水平，反應(yīng)性提高，因而水熱反應(yīng)可以替代某些高溫固相反應(yīng)。又由于水熱反應(yīng)的均相成核及非均相成核機(jī)理與固相反應(yīng)的擴(kuò)散機(jī)制不同，因而可以創(chuàng)造出其它方法無(wú)法制備的新化合物和新材料。水熱合成法優(yōu)點(diǎn)是所得產(chǎn)物純度高，分散性好、粒度易控制。而本發(fā)明很好地利用了水熱合成法的優(yōu)勢(shì)，并且成功合成出均一性強(qiáng)、穩(wěn)定性好的催化劑α-MnO₂。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種制備二氧化錳納米催化劑的方法及其應(yīng)用，為降解持久性有機(jī)污染物（POPs）提供了一種更高效的材料，并切實(shí)提高了POPs的降解效率和POPs的礦化程度。

本發(fā)明是這樣來(lái)實(shí)現(xiàn)的，一種制備二氧化錳納米催化劑的方法，制備α-MnO₂納米催化劑，該催化劑是由簡(jiǎn)單易行的兩步法合成而得，首先通過(guò)沉淀法合成得到δ-MnO₂，再通過(guò)水熱反應(yīng)，將δ-MnO₂轉(zhuǎn)變?yōu)棣?MnO₂，而α-MnO₂具有更好的結(jié)晶性、比表面積更大，且具有更好的降解持久性有機(jī)污染物的能力；其特征在于方法步驟如下：

（1）δ-MnO₂的制備：稱取15-18克 KOH溶解于50-100毫升的乙醇和水的混合溶液中，乙醇與水的體積比為1:1，攪拌均勻得到溶液A。稱取4-8克高錳酸鉀溶解在20-40毫升去離子水中，充分?jǐn)嚢杈鶆虻玫饺芤築。將溶液A緩慢滴加入溶液B中，充分混合均勻進(jìn)行反應(yīng)。真空抽濾，在80度鼓風(fēng)干燥箱中干燥6-12小時(shí)即得δ-MnO₂。

（2）α-MnO₂的制備：稱取（1）中烘干的樣品250毫克溶解于65-85毫升去離子水，超聲10-40分鐘；加入10-20毫升2.3克/升的氧化石墨烯，超聲10-40分鐘；將所得溶液裝入聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，放入150~200℃馬弗爐中水熱反應(yīng)24-40小時(shí)。將水熱合成的物質(zhì)進(jìn)行真空抽濾，多次去離子水洗滌后，放入真空干燥箱中進(jìn)行干燥即得α-MnO₂。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：1、本發(fā)明的催化劑為納米纖維狀的MnO₂。2、本發(fā)明的催化劑具有較好的降解有機(jī)污染物效果，在高級(jí)氧化領(lǐng)域中，MnO₂可催化PMS的自分解，產(chǎn)生大量的?OH和SO₄^?ˉ自由基，從而有效提高對(duì)硝基苯酚的降解效率。3、本發(fā)明的制備方法簡(jiǎn)單易行、生產(chǎn)成本低廉、產(chǎn)率和純度均較高，合成的MnO₂納米纖維是一種形貌均一性強(qiáng)、比表面積較高、熱穩(wěn)定性好的催化劑。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明α-MnO₂催化劑與前驅(qū)體δ-MnO₂的X射線粉末衍射對(duì)比圖。

圖2為本發(fā)明α-MnO₂催化劑的掃描電鏡圖。

圖3為本發(fā)明α-MnO₂催化劑與前驅(qū)體δ-MnO₂催化劑在多種條件下降解對(duì)硝基苯酚的效果比較圖。

圖4為本發(fā)明α-MnO₂催化劑降解對(duì)硝基苯酚時(shí)不同取樣時(shí)間下濾液的全波段掃描圖。