一种介孔负载催化剂材料及其制备方法技术

一种介孔负载复合催化剂，其特征在于：该催化剂为(Ni

【技术实现步骤摘要】
一种介孔负载催化剂材料及其制备方法
本专利技术涉及高级氧化
，具体涉及一种介孔负载催化剂材料及其制备方法。
技术介绍
抗生素被广泛应用于人类和家畜细菌传染病的预防和治疗，会使得各类细菌产生抗体，同时医疗及医用废水中残留的抗生素也作为污染物进入环境后对人体、动物及环境保护造成严重威胁。由于抗生素难以被微生物降解掉，因而，如果不采取合理有效的措施，环境中的残留抗生物将会越来越多。据中国科学院关于抗生素污染的研究表明，在我国，一年中有超过5万吨抗生素排放进水土环境中。因此，急需一种快速、有效的方法来降解掉水中残留的抗生素。磺胺类药物是一类广泛应用的合成抗生素，是引入环境的主要潜在污染物，其在环境中传播，会对人类、动物健康造成威胁，也会对生态环境造成破坏。因此，对这类化合物进行高灵敏度、可靠的降解是非常有必要的。高级氧化技术是利用反应中产生活性极强的自由基(SO4·－、OH·－等)氧化分解水体中的有机污染物，使绝大部分有机污染物快速降解为二氧化碳和水。催化过硫酸盐生成硫酸根自由基的方法有多种，其中目前应用比较广泛的均相催化剂——Fe2+活化过硫酸盐方法，虽然具有氧化效率高、氧化能力强、选择性好且应用范围广等优点，但同时也存在单一的金属或金属氧化物在催化过程中会残留金属离子，催化剂不易回收再利用、易造成二次污染等缺点。为了克服以上缺点，非均相高级氧化技术应运而生，如将金属或其氧化物(Fe3O4、Co3O4等)固定在一种合适的载体上制成负载型催化剂复合物。而制备复合物过程中，需要克服的技术问题是载体与催化剂不合适，二者之间适配性差，催化剂不能成功负载到载体上或者负载量较低，催化剂在载体上粒径生长不可控，分散性差、容易出现团聚，催化剂负载到载体上后催化活性降低、使用过程中易从载体上脱落、稳定性差，使用寿命短等技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种对磺胺类物质具有优异催化降解性能的(Ni0.13Mn0.87)(Ni0.87Mn1.13)O4/SBA-15介孔负载复合催化剂。本专利技术另一目的在于提供上述复合催化剂的制备方法。本专利技术目的通过以下技术方案实现：一种介孔负载复合催化剂，其特征在于：该催化剂为(Ni0.13Mn0.87)(Ni0.87Mn1.13)O4/SBA-15复合材料，双金属氧化物(Ni0.13Mn0.87)(Ni0.87Mn1.13)O4粒子均匀附着在SBA-15的表面和介孔轨道内部，负载与表面的上述离子粒径为50-100nm，负载于介孔轨道内部的上述离子平均粒径8nm，排列整齐，(Ni0.13Mn0.87)(Ni0.87Mn1.13)O4在SBA-15上的总负载量为20％。进一步，上述介孔负载复合催化剂的制备方法，其特征在于：将Ni(NO3)2·9H2O和C4H6MnO4·4H2O溶于蒸馏水中，形成混合液A，再向混合液A中边搅拌边加入SBA-15，形成混合液B，将混合液B加热成糊状，再真空干燥，研磨后高温煅烧。进一步，Ni(NO3)2·9H2O、C4H6MnO4·4H2O和蒸馏水的用量比例为：0.4955g:0.4456g:30mL。进一步，SBA-15和混合液A中使用的蒸馏水的质量体积比为：1g:30ml。进一步，Ni(NO3)2·9H2O、C4H6MnO4·4H2O溶于蒸馏水中时进行超声10-20min，混合液A中加入SBA-15后需要进行超声40～45min。进一步，再加入SBA-15之前，向混合液A中加入质量分数10％-15％的表面活性剂聚乙二醇4000(PEG)，超声5min。专利技术人发现分子筛SBA-15的加入，对表面活性剂聚乙二醇4000的表面活性剂的性能有很大影响：在SBA-15之前加入表面活性剂，有助于产物粒径的控制，很好的分散SBA-15表面及介孔轨道中的金属粒子，避免粒子团聚，增加活性位点，提高最终产物的催化活性；在SBA-15之后加入表面活性剂，只能对SBA-15表面的金属离子进行一定的分散，无法对已经进入介孔轨道中的金属粒子起到作用，轨道中的粒子粒径长大，堵塞孔道，使得产物的活性位点减少，催化活性受到抑制。因此，本专利技术采用先加入表面活性剂，再加入分子筛SBA-15的方式，有效控制了金属离子的粒径和分散度。进一步，所述加热至糊状具体是在转速为100r/min的磁力搅拌器上加热搅拌至糊状，搅拌温度为55℃，避免聚乙二醇4000的活性受到抑制，提高金属离子的分散度。进一步，上述聚乙二醇4000和混合液中A中蒸馏水的用量比为1-1.5:10。进一步，上述真空干燥是将糊状材料置于恒温100℃的真空干燥箱中干燥12h。进一步，上述高温煅烧具体是在将干燥后的材料取出，冷却后研磨至粉末状，装入条形陶瓷舟中，置于管式炉中在700～900℃的空气中煅烧4～5h，加热升温速度为10℃/min。最具体的，一种负载复合催化剂的制备方法，其特征在于，按如下步骤进行：(1)、将Ni(NO3)2·9H2O和C4H6MnO4·4H2O溶于蒸馏水中，超声溶解10-20min，形成混合液A，Ni(NO3)2·9H2O、C4H6MnO4·4H2O和蒸馏水的用量比为0.4955g:0.4456g:30mL：3-4.5ml；(2)、向混合液A中边搅拌边加入质量分数为10-15％的表面活性剂聚乙二醇4000后超声5min，聚乙二醇4000与混合液A中蒸馏水的质量体积比为1-1.5：10，然后再边搅拌边加入SBA-15，并进行超声40～45min，形成混合液B，搅拌速率为100r/min，SBA-15与混合液A的质量体积比为1g：30mL；(3)、将混合液B置于55℃的磁力搅拌器上加热搅拌直至悬浮液成糊状材料，搅拌速率为100r/min，聚乙二醇4000与混合液A中蒸馏水的质量体积比为1-1.5：10；(4)、将糊状材料放置于恒温100℃的真空干燥箱中干燥12h；(5)、干燥后的材料取出，冷却后研磨至粉末状，装入条形陶瓷舟中，置于管式炉中在700～900℃的空气中煅烧4～5h，加热升温速度为10℃/min。专利技术人发现，(Ni0.13Mn0.87)(Ni0.87Mn1.13)O4/SBA-15复合材料制备过程中，(Ni0.13Mn0.87)(Ni0.87Mn1.13)O4负载量较低，复合材料的催化性能差，在重复使用时，其催化性能衰减严重，导致对磺胺类污染物的降解率降低；(Ni0.13Mn0.87)(Ni0.87Mn1.13)O4容易发生团聚，粒径生长无法控制，堵塞SBA-15的介孔孔道，其有序介孔结构被破坏，导致其比表面积降低、减少介孔结构、介孔孔径减小，这也会导致其催化活性降低。本专利技术制备方法正是通过上述各步骤的配合，克服了上述技术问题，成功使得(Ni0.13Mn0.87)(Ni0.87Mn1.13)O4负载到SBA-15上，使得(Ni0.13Mn0.87)(Ni0.87Mn1.13)O4/SBA-15复合材料中(Ni0.13Mn0.87)(Ni0.87Mn1.13)O4负载本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种介孔负载复合催化剂，其特征在于：该催化剂为(Ni

【技术特征摘要】
1.一种介孔负载复合催化剂，其特征在于：该催化剂为(Ni0.13Mn0.87)(Ni0.87Mn1.13)O4/SBA-15复合材料，双金属氧化物(Ni0.13Mn0.87)(Ni0.87Mn1.13)O4粒子均匀附着在SBA-15的表面和介孔轨道内部，负载与表面的上述离子粒径为50-100nm，负载于介孔轨道内部的上述离子平均粒径为8nm，排列整齐，(Ni0.13Mn0.87)(Ni0.87Mn1.13)O4在SBA-15上的总负载量为20%。


2.如权利要求1所述的一种介孔负载复合催化剂的制备方法，其特征在于：将Ni(NO3)2•9H2O和C4H6MnO4•4H2O溶于蒸馏水中，形成混合液A，再向混合液A中边搅拌边加入SBA-15，形成混合液B，将混合液B加热成糊状，再真空干燥，研磨后高温煅烧。


3.如权利要求2所述的一种介孔负载复合催化剂的制备方法，其特征在于：所述Ni(NO3)2•9H2O、C4H6MnO4•4H2O和蒸馏水的用量比例为：0.4955g:0.4456g:30mL。


4.如权利要求2或3所述的一种介孔负载复合催化剂的制备方法，其特征在于：所述SBA-15和混合液A中使用的蒸馏水的质量体积比为：1g:30ml。


5.如权利要求2-4任一项所述的一种介孔负载复合催化剂的制备方法，其特征在于：所述Ni(NO3)2•9H2O、C4H6MnO4•4H2O溶于蒸馏水中时进行超声10-20min，混合液A中加入SBA-15后需要进行超声40~45min。


6.如权利要求5所述的一种介孔负载复合催化剂的制备方法，其特征在于：加入SBA-15之前，向混合液A中加入质量分数10%-15%的表面活性剂聚乙二醇4000，超声5min。


7.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：何家洪，徐强，黄俊豪，姚昱岑，丁武泉，
申请(专利权)人：重庆文理学院，
类型：发明
国别省市：重庆;50