铜掺杂的氧化锰八面体分子筛催化剂及其制备方法、应用技术

本发明专利技术提供了一种铜掺杂的氧化锰八面体分子筛催化剂及其制备方法、应用。一种铜掺杂的氧化锰八面体分子筛催化剂的制备方法，包括：S1、将二价锰盐溶于去离子水中，加入适量的硝酸调节pH值，得第一溶液；S2、将高锰酸盐溶于去离子水中，得高锰酸盐溶液，将所得的高锰酸钾溶液滴加到所述第一溶液中或将第一溶液滴加到所述高锰酸钾溶液中，滴加完毕后得混合溶液，添加含铜盐的金属组分溶液，在100℃‑140℃下回流得中间物；S3、将所述中间物经去离子水洗涤，过滤，干燥，得黑色固体；S4、将所述黑色固体高温焙烧，得铜掺杂的氧化锰八面体分子筛催化剂。该催化剂在室温下，具有高效分解臭氧的性能。

【技术实现步骤摘要】
铜掺杂的氧化锰八面体分子筛催化剂及其制备方法、应用
本专利技术涉及环境催化
，特别涉及一种铜掺杂的氧化锰八面体分子筛催化剂及其制备方法、应用和一种分解臭氧的材料。
技术介绍
臭氧是一种常见的氧化剂，人体与臭氧长时间接触，会造成免疫机能、神经系统受损。近地表面处的臭氧主要源头是在医疗卫生、食品保鲜、水质处理等领域使用臭氧后的残留。绿色高效、安全稳定、经济的臭氧分解技术被人类所亟需。室温催化分解臭氧的方法具备高效、安全稳定、经济的特点，备受学界关注。中国专利CN101357331A以含掺杂钻或钦的氧化锰分子筛为活性组，负载在蜂窝陶瓷或多孔泡沫金属整体式载体上来分解臭氧。CN102240568A以掺杂错的型氧化锰分子筛为活性组分和以蜂窝陶瓷或多孔金属泡沫为载体来分解臭氧。CN102838168A采用蜂窝陶瓷为载体，以先负载氧化介孔锰为基体将臭氧转化成无毒的氧气。氧化锰八面体分子筛是一种类似沸石型分子筛结构的新型材料；氧化锰八面体分子筛，常被称为隐钾锰型氧化物，简称OMS-2，属于α-MnO2，是一维孔道结构。它的晶体结构由2x2共棱边的八面体MnO6链构成，链与链之间又通过八面体MnO6顶点的氧原子以共棱角相连，构成约为0.46nm×0.46nm的一维孔道，其理想的化学式为KMn8O16·nH2O。该材料的骨架结构上含有大量混合价态的Mn离子(Mn2+、Mn3+、Mn4+)、能提供较大的比表面积和具有一定的抗湿性能，因而有着优异的离子交换性和良好的氧化还原性能，此外还具备优良的孔道效应、吸附效应，使其有利于吸附臭氧和分解臭氧过程的进行。现有技术中公开有一种负载金属氧化物的分子筛催化剂的制备方法，利用回流法制备，具体包括以下步骤：一、配置0.30mol/L～0.40mol/L浓度的高锰酸钾溶液150mL～300mL，于40～60℃加热搅拌，形成溶液；二、配置0.45mol/L～0.55mol/L浓度的醋酸锰溶液150mL～300mL，于40～60℃加热搅拌，形成溶液；三、将步骤一中所得的溶液加到1000mL三口烧瓶中，于80～110℃油浴加热，加热时间为10～20min，用电动搅拌器搅拌，搅拌速度为350～450r/min，并用自来水冷凝回流；四、将步骤二中所得的溶液缓慢加到步骤三的烧瓶中，于80～110℃搅拌反应22～26小时，搅拌速度为350～450r/min，并用自来水水冷凝回流，得到黑色浆状沉淀，黑色浆状沉淀用去离子水抽滤1～2小时，然后在烘箱内于105～110℃干燥10～12小时；再放入马弗炉于400～500℃焙烧4～5小时，得到八面体锰氧化物分子筛催化剂(OMS-2)固体；将得到的固体量取2.50g～3.50g；五、将0.52g～0.54g硝酸铈铵、0.66g～0.68g六水合硝酸钴、0.50g～0.52g三水合硝酸铜、0.97g～0.99g九水合硝酸铁、或0.41～0.43g硝酸钇加入到45mL～50mL去离子水中，搅拌形成溶液；六、将步骤四中量取的固体和步骤五中的溶液混合，利用旋转蒸发仪将铈浸渍在八面体锰氧化物分子筛催化剂(OMS-2)固体上，控制水温40～60℃，旋转速率为100～120/min；将得到的固体在烘箱内于105～110℃干燥10～12小时，再放入马弗炉于400～500℃焙烧4～5小时，得到5wt％M/OMS-2(M＝Ce，Co，Cu，Fe，Y)催化剂。但是，这种方法所制得的M/OMS-2催化剂，金属物种位于载体的表面，未能进入OMS-2的骨架中，即不能形成Cu-O-Mn架桥结构，所以金属物种与载体OMS-2间的相互作用较弱，其氧化还原能力较弱。同时，采用该方法制备的催化剂，由于金属与载体之间相互作用起着协同效应，催化剂性能在一定程度上得到提高，但如果负载量过多，覆盖了更多的活性位，会引起活性降低，对OMS-2催化剂的影响能力会大大减弱。
技术实现思路
有鉴于此，为了提供一种绿色高效、安全稳定、经济的臭氧分解技术被，本专利技术实施例提供了一种铜掺杂的氧化锰八面体分子筛催化剂及其制备方法、应用和一种分解臭氧的材料。在第一方面，本专利技术提供了一种铜掺杂的氧化锰八面体分子筛催化剂的制备方法，括步骤：S1、将二价锰盐溶于去离子水中，加入适量的硝酸调节pH值为：1-4，得第一溶液；S2、将高锰酸盐溶于去离子水中，得高锰酸盐溶液，将所得的高锰酸钾溶液滴加到所述第一溶液中或将第一溶液滴加到所述高锰酸钾溶液中，滴加完毕后得混合溶液；S3、配置含铜盐的金属组分溶液，所述金属组分溶液中的Cu2+与步骤S2的混合溶液中的锰离子的摩尔比为：0.002-0.06，将所述金属组分溶液和所述步骤2的混合溶液滴加混合后，在100℃-140℃下回流得中间物；S4、将所述中间物经去离子水洗涤，过滤，干燥，得黑色固体；S5、将所述黑色固体高温焙烧，得铜掺杂的氧化锰八面体分子筛催化剂。在一些实施例中，所述金属组分溶液中的Cu2+和所述步骤2的混合溶液中的锰离子的摩尔比例为：0.003-0.05。在一些实施例中，在步骤S4中，经去离子水洗涤后产物的pH值为：6-8。在一些实施例中，所述铜盐选自硫酸铜、硝酸铜或氯化铜中的一种或多种；所述高锰酸盐选自高锰酸钾和/或高锰酸钠。在一些实施例中，在步骤S3中，回流时间为：12h-36h。在一些实施例中，在步骤S4中，干燥温度为：100℃-140℃，干燥时间为：8h-16h。在一些实施例中，步骤S5包括：将所述黑色固体转移至高温炉中，以2℃/min-10℃/min的升温速度从室温升温至300℃-600℃，并在该温度煅烧1h-4h。在第二方面，本专利技术提供了一种铜掺杂的氧化锰八面体分子筛催化剂，所述催化剂由本专利技术所提供的铜掺杂的氧化锰八面体分子筛催化剂的制备方法制备得到。所述铜盐中的Cu2+和步骤S2的混合溶液中的锰离子的摩尔比例为：0.002-0.06，也就是说，在本专利技术中，根据本专利技术所述的一种铜掺杂的氧化锰八面体分子筛催化剂的制备方法制备得到的产物中，铜离子和锰离子的摩尔比为：0.002-0.06。在第三方面，本专利技术提供了一种本专利技术所提供的铜掺杂的氧化锰八面体分子筛催化剂在分解臭氧的材料中的应用，具体地为，在室温下，将本专利技术所提供的铜掺杂的氧化锰八面体分子筛催化剂应用于分解臭氧的材料中。在第四方面，本专利技术还提供了一种分解臭氧的材料，所述分解臭氧的材料包括本专利技术所提供的铜掺杂的氧化锰八面体分子筛催化剂。本专利技术的有益效果：本专利技术提供了一种铜改性氧化锰八面体分子筛催化剂及其制备方法。该催化剂在室温下，具有高效分解臭氧的性能。附图说明图1为根据本专利技术实施例3制得的铜的掺杂的氧化锰八面体分子筛催化剂的扫描电镜照片；图2为根据本专利技术实施例3制得的铜的掺杂的氧化锰八面体分子筛催化剂(图中标记为(a))和对比例制得的不含铜的氧化锰八面体分子筛催化剂(图中标记为(b))的臭氧催化分解活性对比图；图3为根据本专利技术实施例3的铜的掺杂的氧化锰八面体分子筛催化剂(图中标记为(a))和对比例制得的不含铜的氧化锰八面体分子筛催化剂(图中标记为(b))的X射线衍射对比图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铜掺杂的氧化锰八面体分子筛催化剂的制备方法，其特征在于，包括步骤：S1、将二价锰盐溶于去离子水中，加入适量的硝酸调节pH值为：1‑4，得第一溶液；S2、将高锰酸盐溶于去离子水中，得高锰酸盐溶液，将所得的高锰酸钾溶液滴加到所述第一溶液中或将第一溶液滴加到所述高锰酸钾溶液中，滴加完毕后得混合溶液；S3、配置含铜盐的金属组分溶液，所述金属组分溶液中的Cu2+与步骤S2中的锰离子的摩尔比为：0.002‑0.06，将所述金属组分溶液和所述步骤2的混合溶液滴加混合后，在100℃‑140℃下回流得中间物，；S4、将所述中间物经去离子水洗涤，过滤，干燥，得黑色固体；S5、将所述黑色固体高温焙烧，得铜掺杂的氧化锰八面体分子筛催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种铜掺杂的氧化锰八面体分子筛催化剂的制备方法，其特征在于，包括步骤：S1、将二价锰盐溶于去离子水中，加入适量的硝酸调节pH值为：1-4，得第一溶液；S2、将高锰酸盐溶于去离子水中，得高锰酸盐溶液，将所得的高锰酸钾溶液滴加到所述第一溶液中或将第一溶液滴加到所述高锰酸钾溶液中，滴加完毕后得混合溶液；S3、配置含铜盐的金属组分溶液，所述金属组分溶液中的Cu2+与步骤S2中的锰离子的摩尔比为：0.002-0.06，将所述金属组分溶液和所述步骤2的混合溶液滴加混合后，在100℃-140℃下回流得中间物，；S4、将所述中间物经去离子水洗涤，过滤，干燥，得黑色固体；S5、将所述黑色固体高温焙烧，得铜掺杂的氧化锰八面体分子筛催化剂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金属组分溶液中的Cu2+与步骤S2中的锰离子的摩尔比为：0.003-0.05。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤S4中，经去离子水洗涤后产物的pH值为：6-8。4.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘自力，孔智仪，林嘉伟，左建良，郑文芝，
申请(专利权)人：广州大学，
类型：发明
国别省市：广东,44