本发明专利技术公开了一种过氧化氢分解的锰氧化物催化剂的制备方法及其应用，所述的锰氧化物催化剂分别为δ‑MnO2、α‑MnO2、β‑MnO2、γ‑MnO2、γ‑Mn3O4和α‑Mn2O3中的任意一种或者任意几种的混合物。在常温常压下催化剂分解过氧化氢，并能将过氧化氢浓度降低到1ppm以下。本发明专利技术所提供的锰氧化物催化剂的制备方法简便易行、低污染且易控制、对设备要求低、可控程度高、原料来源广、生产成本低；同时所制备的催化剂，相比于现有技术所制备的催化剂，有更强的过氧化氢分解能力，因而具有较好的实际应用推广价值。
Preparation and Application of Manganese Oxide Catalysts for Hydrogen Peroxide Decomposition
【技术实现步骤摘要】
过氧化氢分解的锰氧化物催化剂的制备方法及其应用
本专利技术涉及一种金属氧化物催化剂的制备方法及其应用，尤其是涉及一种过氧化氢分解的锰氧化物催化剂的制备方法及其应用，应用于去除水和空气等环境介质中的过氧化氢
技术介绍
过氧化氢(H2O2)是工业、医疗和制药等行业广泛使用的化学品，具有强氧化性，能对不少物质发生化学氧化反应。此外，在适当的活化剂存在下，过氧化氢能分解产生活性很强的·OH自由基，因而会显现更强的氧化性。在工业、医疗和制药等行业，由于过氧化氢能够对病原微生物产生抑制、乃至杀灭效果，而被用作灭菌消毒剂。近几年来，汽化过氧化氢日益广泛地用于制药与医疗行业和生物研究场所的灭菌消毒，由于其效率高、最终分解为水和氧气、安全与环保，正成为甲醛、臭氧等传统灭菌消毒剂的替代品。但是用过氧化氢灭菌消毒之后常会残留少量或微量的过氧化氢，这些残留过氧化氢必须去除，以防止对人体健康和环境质量产生不利影响。去除水和空气等环境介质中残留过氧化氢的最好方法是使其分解。常用的H2O2的分解方法有热分解和催化分解等，其中催化分解法是利用催化剂引发过氧化氢分解，该过程简单、快速，容易操作。目前实际应用中涉及的过氧化氢分解催化剂大多为二氧化锰，但二氧化锰晶型种类多，由于对二氧化锰的晶型等材料属性识别不严格，实际采用的二氧化锰的产品特性差异很大，导致其催化分解过氧化氢的效果不一致。二氧化锰，其晶体资源丰富、价格低廉、以锰氧化物八面体为基础，可形成多种晶体结构，常见的有链状或隧道结构的α、β、γ和δ型。值得重视的是，不同晶型的二氧化锰对过氧化氢的催化分解效果不同；除了二氧化锰，其他不同的锰氧化物也对过氧化氢的催化分解产生一定的效果。因此，鉴别和应用高效和材料属性确切的过氧化氢分解催化剂仍是必要和有价值的。如何通过合成工艺的设置，获得所需晶型和种类的锰氧化物，以便根据待处理的水和空气等环境介质中的H2O2和其他成分条件，获得高质量和高效率的对H2O2的分解去除效果，成为亟待解决的技术问题。
技术实现思路
为了解决现有技术问题，本专利技术的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种过氧化氢分解的锰氧化物催化剂的制备方法及其应用，通过制备不同晶型、不同类别的锰氧化物及其对过氧化氢催化分解的应用，得到对过氧化氢催化分解效果更佳的锰氧化物，并根据待处理的水和空气等环境介质中的成分条件，提供所需的锰氧化物催化剂。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种过氧化氢分解的锰氧化物催化剂的制备方法，所述锰氧化物为δ-MnO2、α-MnO2、β-MnO2、γ-MnO2、γ-Mn3O4和α-Mn2O3中的任意一种或者任意几种的混合物；所述不同晶型的锰氧化物采用不同的制备方法：其中，所述δ-MnO2的制备方法具有如下的过程和步骤：a1.称取0.5g高锰酸钾和0.2g硫酸锰加入至少50mL的蒸馏水中，在室温下充分搅拌，使高锰酸钾和硫酸锰充分溶解，配制成含高锰酸钾和硫酸锰的混合溶液；a2.将按步骤a1配制的混合溶液移至反应釜中，将反应釜放入不低于140℃烘箱中，反应不超过1小时，然后自然冷却至室温后，得反应产物；a3.将按步骤a2所得的反应产物用二次蒸馏水洗涤，得洗涤物；然后将洗涤物在不低于60℃下干燥至少12小时，从而制得最终产物δ-MnO2；其中，所述α-MnO2的制备方法具有如下的过程和步骤：b1.称取0.5g高锰酸钾和0.2g硫酸锰加入至少50mL的蒸馏水中，在室温下充分搅拌，使高锰酸钾和硫酸锰充分溶解，配制成含高锰酸钾和硫酸锰的混合溶液；b2.将按步骤b1配制的混合溶液移至反应釜中，将反应釜放入不低于140℃烘箱中，反应至少2小时，然后自然冷却至室温后，得反应产物；b3.将按步骤b2所得的反应产物用二次蒸馏水洗涤，得洗涤物；将洗涤物在不低于60℃下干燥至少12小时，从而制得最终产物α-MnO2；其中，所述β-MnO2的制备方法具有如下的过程和步骤：c1.量取40mL硝酸锰溶液，将其倒入陶瓷坩埚中；c2.将在所述步骤c1中装入硝酸锰溶液的陶瓷坩埚置于马弗炉中，于不低于400℃焙烧至少4小时，然后冷却至室温，研磨得到产物棕黑色β-MnO2；其中，所述γ-MnO2的制备方法具有如下的过程和步骤：d1.称取33.8g的硫酸锰和45.6g的过硫酸铵作为原料，并将原料溶于至少200mL蒸馏水中，形成混合溶液；d2.将在所述步骤d1中制备的混合溶液置于不高于80℃水浴锅中，采用磁力搅拌至少4小时，之后用水和酒精进行洗涤，然后将洗涤物在不低于70℃下干燥至少12小时，从而制得产物γ-MnO2；其中，所述γ-Mn3O4的制备方法具有如下的过程和步骤：e1.将高锰酸钾加入至少120mL的乙醇水溶液中，在室温下充分搅拌，使高锰酸钾充分溶解，配制成含高锰酸钾的混合溶液；e2.将按步骤e1中配制的混合溶液移至反应釜中，将反应釜放入温度不低于120℃的烘箱中，反应至少8小时，然后自然冷却至室温后，得反应产物；e3.将按步骤e2所得的反应产物用二次蒸馏水洗涤5～6次，得洗涤物，然后将洗涤物在不低于60℃下干燥至少10小时，从而制得最终产物γ-Mn3O4；其中，所述α-Mn2O3的制备方法具有如下的过程和步骤：以MnO2为原料，将MnO2放入带盖的陶瓷坩埚中，将坩埚盖子盖上并放入马弗炉中，升温至不低于550℃的目标温度后，在目标温度下保温至少5小时，然后将经过保温处理得到的产物冷却至室温，即得到产物黑色粉末α-Mn2O3。作为本专利技术优选的技术方案，在所述δ-MnO2的制备方法中，所述硫酸锰为一水合硫酸锰，所述蒸馏水洗涤次数为3～4次，所述反应釜内衬材质为聚四氟乙烯，所述反应釜容积为50mL。作为本专利技术优选的技术方案，在所述α-MnO2的制备方法中，所述硫酸锰为一水合硫酸锰，所述蒸馏水洗涤次数为3～4次，所述反应釜内衬材质为聚四氟乙烯，所述反应釜容积为50mL。作为本专利技术优选的技术方案，在所述β-MnO2的制备方法中，所述硝酸锰为四水合硝酸锰，所述硝酸锰溶液浓度不高于0.5mol/L，所述陶瓷坩埚材质为三氧化二铝，所述陶瓷坩埚容积为100mL。作为本专利技术优选的技术方案，在所述γ-MnO2的制备方法中，所述硫酸锰为一水合硫酸锰，所述蒸馏水洗涤次数为3～4次。作为本专利技术优选的技术方案，在所述γ-Mn3O4的制备方法中，所述高锰酸钾质量为1.04g，所述乙醇溶液质量分数为60％，所述反应釜内衬材质为聚四氟乙烯，所述反应釜容积为100mL。作为本专利技术优选的技术方案，在所述α-Mn2O3的制备方法中，所述坩埚材质为三氧化二铝。优选上述锰氧化物催化剂为δ-MnO2、α-MnO2、γ-MnO2和γ-Mn3O4中任意几种的混合物。进一步优选上述锰氧化物催化剂为δ-MnO2、α-MnO2和γ-MnO2中任意几种的不同晶型的MnO2混合物。更进一步优选上述锰氧化物催化剂为δ-MnO2和α-MnO2的两种晶型的MnO2混合物。一种本专利技术过氧化氢分解的锰氧化物催化剂的制备方法制备的锰氧化物催化剂的应用，在常温常压下，将锰氧化物催化剂应用于催化分解水或空气中的过氧化氢，去除水或空气中残留的过氧化氢。作为本专利技术优选的技术方案，在锰氧化物催化剂的应用，其特征在于：待处理的水或空气环境介质中过氧化氢的初始本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种过氧化氢分解的锰氧化物催化剂的制备方法，其特征在于：所述锰氧化物为δ‑MnO2、α‑MnO2、β‑MnO2、γ‑MnO2、γ‑Mn3O4和α‑Mn2O3中的任意一种或者任意几种的混合物；所述不同晶型的锰氧化物采用不同的制备方法：其中，所述δ‑MnO2的制备方法具有如下的过程和步骤：a1.称取0.5g高锰酸钾和0.2g硫酸锰加入至少50mL的蒸馏水中，在室温下充分搅拌，使高锰酸钾和硫酸锰充分溶解，配制成含高锰酸钾和硫酸锰的混合溶液；a2.将按步骤a1配制的混合溶液移至反应釜中，将反应釜放入不低于140℃烘箱中，反应不超过1小时，然后自然冷却至室温后，得反应产物；a3.将按步骤a2所得的反应产物用二次蒸馏水洗涤，得洗涤物；然后将洗涤物在不低于60℃下干燥至少12小时，从而制得最终产物δ‑MnO2；其中，所述α‑MnO2的制备方法具有如下的过程和步骤：b1.称取0.5g高锰酸钾和0.2g硫酸锰加入至少50mL的蒸馏水中，在室温下充分搅拌，使高锰酸钾和硫酸锰充分溶解，配制成含高锰酸钾和硫酸锰的混合溶液；b2.将按步骤b1配制的混合溶液移至反应釜中，将反应釜放入不低于140℃烘箱中，反应至少2小时，然后自然冷却至室温后，得反应产物；b3.将按步骤b2所得的反应产物用二次蒸馏水洗涤，得洗涤物；将洗涤物在不低于60℃下干燥至少12小时，从而制得最终产物α‑MnO2；其中，所述β‑MnO2的制备方法具有如下的过程和步骤：c1.量取40mL硝酸锰溶液，将其倒入陶瓷坩埚中；c2.将在所述步骤c1中装入硝酸锰溶液的陶瓷坩埚置于马弗炉中，于不低于400℃焙烧至少4小时，然后冷却至室温，研磨得到产物棕黑色β‑MnO2；其中，所述γ‑MnO2的制备方法具有如下的过程和步骤：d1.称取33.8g的硫酸锰和45.6g的过硫酸铵作为原料，并将原料溶于至少200mL蒸馏水中，形成混合溶液；d2.将在所述步骤d1中制备的混合溶液置于不高于80℃水浴锅中，采用磁力搅拌至少4小时，之后用水和酒精进行洗涤，然后将洗涤物在不低于70℃下干燥至少12小时，从而制得产物γ‑MnO2；其中，所述γ‑Mn3O4的制备方法具有如下的过程和步骤：e1.将高锰酸钾加入至少120mL的乙醇水溶液中，在室温下充分搅拌，使高锰酸钾充分溶解，配制成含高锰酸钾的混合溶液；e2.将按步骤e1中配制的混合溶液移至反应釜中，将反应釜放入温度不低于120℃的烘箱中，反应至少8小时，然后自然冷却至室温后，得反应产物；e3.将按步骤e2所得的反应产物用二次蒸馏水洗涤5～6次，得洗涤物，然后将洗涤物在不低于60℃下干燥至少10小时，从而制得产物γ‑Mn3O4；其中，所述α‑Mn2O3的制备方法具有如下的过程和步骤：以MnO2为原料，将MnO2放入带盖的陶瓷坩埚中，将坩埚盖子盖上并放入马弗炉中，升温至不低于550℃的目标温度后，在目标温度下保温至少5小时，然后将经过保温处理得到的产物冷却至室温，即得到黑色粉末α‑Mn2O3。...
【技术特征摘要】
1.一种过氧化氢分解的锰氧化物催化剂的制备方法，其特征在于：所述锰氧化物为δ-MnO2、α-MnO2、β-MnO2、γ-MnO2、γ-Mn3O4和α-Mn2O3中的任意一种或者任意几种的混合物；所述不同晶型的锰氧化物采用不同的制备方法：其中，所述δ-MnO2的制备方法具有如下的过程和步骤：a1.称取0.5g高锰酸钾和0.2g硫酸锰加入至少50mL的蒸馏水中，在室温下充分搅拌，使高锰酸钾和硫酸锰充分溶解，配制成含高锰酸钾和硫酸锰的混合溶液；a2.将按步骤a1配制的混合溶液移至反应釜中，将反应釜放入不低于140℃烘箱中，反应不超过1小时，然后自然冷却至室温后，得反应产物；a3.将按步骤a2所得的反应产物用二次蒸馏水洗涤，得洗涤物；然后将洗涤物在不低于60℃下干燥至少12小时，从而制得最终产物δ-MnO2；其中，所述α-MnO2的制备方法具有如下的过程和步骤：b1.称取0.5g高锰酸钾和0.2g硫酸锰加入至少50mL的蒸馏水中，在室温下充分搅拌，使高锰酸钾和硫酸锰充分溶解，配制成含高锰酸钾和硫酸锰的混合溶液；b2.将按步骤b1配制的混合溶液移至反应釜中，将反应釜放入不低于140℃烘箱中，反应至少2小时，然后自然冷却至室温后，得反应产物；b3.将按步骤b2所得的反应产物用二次蒸馏水洗涤，得洗涤物；将洗涤物在不低于60℃下干燥至少12小时，从而制得最终产物α-MnO2；其中，所述β-MnO2的制备方法具有如下的过程和步骤：c1.量取40mL硝酸锰溶液，将其倒入陶瓷坩埚中；c2.将在所述步骤c1中装入硝酸锰溶液的陶瓷坩埚置于马弗炉中，于不低于400℃焙烧至少4小时，然后冷却至室温，研磨得到产物棕黑色β-MnO2；其中，所述γ-MnO2的制备方法具有如下的过程和步骤：d1.称取33.8g的硫酸锰和45.6g的过硫酸铵作为原料，并将原料溶于至少200mL蒸馏水中，形成混合溶液；d2.将在所述步骤d1中制备的混合溶液置于不高于80℃水浴锅中，采用磁力搅拌至少4小时，之后用水和酒精进行洗涤，然后将洗涤物在不低于70℃下干燥至少12小时，从而制得产物γ-MnO2；其中，所述γ-Mn3O4的制备方法具有如下的过程和步骤：e1.将高锰酸钾加入至少120mL的乙醇水溶液中，在室温下充分搅拌，使高锰酸钾充分溶解，配制成含高锰酸钾的混合溶液；e2.将按步骤e1中配制的混合溶液移至反应釜中，将反应釜放入温度不低于120℃的烘箱中，反应至少8小时，然后自然冷却至室温后，得反应产物；e3.将按步骤e2所得的反应产物用二次蒸...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡龙兴，吴文蕾，徐文超，郁葵，
申请(专利权)人：上海大学，上海东富龙爱瑞思科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31
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