[發明專利]鉀離子摻雜的無定形氧化錳的制備方法及其產品和應用

在審

• 申請號: 201711384796.5
• 申請日: 2017-12-20
• 公開（公告）號: CN108160070A
• 公開（公告）日: 2018-06-15
• 發明（設計）人: 何丹農;趙昆峰;童琴;代衛國;鄧潔;金彩虹
• 申請（專利權）人: 上海納米技術及應用國家工程研究中心有限公司
• 主分類號: B01J23/34
• 分類號: B01J23/34;C02F1/72;C02F101/34
• 代理公司: 上海東亞專利商標代理有限公司 31208
• 代理人: 董梅

本發明公開一種鉀離子摻雜的無定形氧化錳的制備方法及其產品和應用，以高錳酸鉀為鉀源和錳源，雙氧水為還原劑和鼓泡劑，在攪拌或超聲條件下，將雙氧水溶液緩慢加入到高錳酸鉀溶液中，至沉淀完全。沉淀經洗滌、干燥、焙燒，得一種鉀離子摻雜的無定形氧化錳。該催化劑在草酸模擬廢水多相芬頓催化處理過程中，具有很好的芬頓催化氧化活性。本發明催化劑工藝簡單，催化性能優異，具有極好的應用前景。

技術領域

本發明涉及納米材料的制備領域，具體的涉及一種鉀離子摻雜的無定形氧化錳的制備方法及其產品和應用。

背景技術

芬頓試劑被廣泛應用于處理工業有機廢水，但其存在以下缺點：（1）雙氧水利用率低，Fe³⁺→Fe²⁺還原速率低，導致有機污染物降解不完全；（2）pH適用范圍窄，需要調節至pH=3的酸性條件，增加水處理成本；（3）加入的鐵會存在于水溶液或泥漿中，增加了后續處理的難度與成本。

多相芬頓反應過程中，雙氧水在催化劑表面分解生成強氧化性羥基自由基，并將吸附于載體表面的有機污染物降解。整個反應在固體催化劑表面進行，催化劑可以循環利用，避免了均相芬頓反應產生鐵污泥的問題。并且多相芬頓反應pH適用范圍較寬，大大降低了廢水治理成本。

多相芬頓反應催化劑以鐵氧化物、擔載型鐵氧化物等為主。本發明開發了鉀離子摻雜的無定形氧化錳，并應用于多相芬頓反應，得到了優異的有機污染物催化凈化效果。

發明內容

為克服現有技術的不足，本發明以草酸為目標污染物，進行錳基催化劑多相芬頓反應研究，本發明目的在于提供一種鉀離子摻雜的無定形氧化錳的制備方法，通過對催化劑微觀結構的調變，盡可能提高其芬頓催化反應性能。

本發明的再一目的在于：提供一種上述方法制備的鉀離子摻雜的無定形氧化錳產品。

本發明的又一目的在于：提供一種上述產品的應用。

本發明目的通過下述方案實現：一種鉀離子摻雜的無定形氧化錳的制備方法，其特征在于：以高錳酸鉀為鉀源和錳源，雙氧水為還原劑和鼓泡劑，在攪拌或超聲條件下，將雙氧水溶液緩慢加入到高錳酸鉀溶液中，至沉淀完全。沉淀經洗滌、干燥、焙燒，得一種鉀離子摻雜的無定形氧化錳；其中，

所述高錳酸鉀，其溶液濃度為10-60g/L；

所述雙氧水，其溶液濃度為30%；

所述制備方法的反應條件為，20-60℃反應1-3小時，抽濾、洗滌、50-100℃干燥、200-350℃焙燒。

本發明提供一種鉀離子摻雜的無定形氧化錳，其特征在于根據上述所述方法制備得到。

本發明提供一種鉀離子摻雜的無定形氧化錳作為催化劑應用于草酸模擬廢水多相芬頓催化氧化反應，具有優異的催化活性。

廢水處理中的應用：模擬草酸廢水初始TOC為360mg/L，加入適量鉀離子摻雜的無定形氧化錳，分散均勻后加入雙氧水試劑，雙氧水投加量為20mL/L。

無定形氧化錳表面富含羥基基團，有利于引發芬頓催化過程中強氧化羥基自由基的產生。鉀離子的摻雜可以進一步提高無定形氧化錳的無序度，同時氧化錳中會產生大量的氧空位以達到電荷平衡。K⁺、表面羥基、Mn⁴⁺/Mn³⁺氧化還原對、氧空位等的協同催化，能夠顯著提高錳基催化劑的芬頓催化氧化性能。該催化劑在草酸模擬廢水多相芬頓催化處理過程中，具有很好的芬頓催化氧化活性。本發明催化劑工藝簡單，催化性能優異，具有極好的應用前景。

與現有技術相比，本發明具有以下優勢：

（1）無定形氧化錳表面富含羥基基團，有利于引發芬頓催化過程中強氧化羥基自由基的產生，提高芬頓催化氧化活性。