磷钨酸掺杂OMS-2催化剂的制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种磷钨酸掺杂的OMS‑2催化剂的制备及其在降解有机污染物上的应用。该磷钨酸掺杂OMS‑2催化剂是将硫酸锰、浓硝酸、磷钨酸钠和高锰酸钾混合溶液通过回流、过滤、洗涤、干燥和煅烧制得。所述制备的催化剂可以用于催化活化过硫酸氢盐产生强氧化性的硫酸根自由基和羟基自由基，从而高效氧化降解有机染料，反应后催化剂可回收再利用。本发明专利技术的催化剂制备方法简单，得到的催化剂可在室温下多次高效催化活化过硫酸氢盐产生硫酸根自由基和羟基自由基降解有机污染物，反应后可回收并重复使用，且催化性能没有明显下降，可大大降低工业成本，符合绿色生产原则，在降解有机废水领域具有很大的前景。

【技术实现步骤摘要】
磷钨酸掺杂OMS-2催化剂的制备方法及其应用
本专利技术涉及一种磷钨酸掺杂OMS-2催化剂的制备及在降解有机污染物上的应用，属于有机废水处理

技术介绍
在过去的几年里，专注于合成和改性锰氧化物催化剂，特别是锰氧化物八面体分子筛(OMS-2)及其催化作用在杂环化合物清洁合成方面的应用。一种二氧化锰由边缘共享双[MnO6]八面体组成含锰的链和混合价，多孔结构简单，易于储存和释放晶格氧，具有在许多反应中得到了极大的关注。不同程序如水热，微波，回流固态化学反应已经被探索到用可控锰合成OMS-2化合价和高比表面积。近期研究结果表明，锰氧化物可以用来活化过硫酸盐和过硫酸盐产生强氧化性的硫酸根自由基氧化降解工业废水中的污染物。此外，OMS-2与其他化合物之间的有效相互作用能显著改善催化作用的性能。由于持久性有机污染物(如染料)的存在而造成的水资源污染是一个令人关注的问题，因为这些物质对废水处理厂采用的常规处理具有抗性。染料对水污染产生了严重的威胁，染料生产的原料一般以芳烃化合物和杂环化合物为主，它的有机成分复杂，盐含量高，可生化性差处理难度大。并且它具有难降解、以及致癌性。处理水中污染物的方法有很多，高级氧化技术是近年来备受人们关注的污水处理技术，因其可以在反应过程中产生具有强氧化性的硫酸根自由基。同时，硫酸根自由基可以通过高温热解、光催化、过渡金属的催化等方式分解过一硫酸氢盐产生，然而热活化过硫酸盐技术能耗高，光活化过硫酸盐技术条件苛刻。本专利技术利用磷钨酸掺杂OMS-2催化剂活化过一硫酸氢盐，发现其能够高效降解有机染料。
技术实现思路
本专利技术提供了一种磷钨酸掺杂OMS-2催化剂的制备方法以及其在降解有机污染物上的应用。本专利技术所述的磷钨酸掺杂OMS-2催化剂，以硫酸锰、磷钨酸钠、硝酸和高锰酸钾为原料，通过回流、过滤、洗涤、干燥和煅烧得到。催化性能测试表明该催化剂能较好的降解有机污染物。具体技术方案如下：一种磷钨酸掺杂OMS-2催化剂的制备方法：步骤1，分别称取硫酸锰、磷钨酸钠、浓硝酸(所述的浓硝酸的质量浓度为15-16mol/L)和高锰酸钾加入一定量水，在室温下搅拌，得到混合溶液；步骤2，将步骤1的混合溶液在80-120℃下回流20-25h，然后用去离子水洗涤，并在70-100℃下干燥6-10h；得到磷钨酸掺杂的二氧化锰分子筛粗产品；步骤3，将步骤2的干燥产品在500-700℃下煅烧20-40min，制得所述磷钨酸掺杂二氧化锰分子筛(磷钨酸掺杂OMS-2)催化剂，其中磷钨酸的掺杂质量含量为0.6％-40％。上述步骤2、3中，回流的目的是生成磷钨酸掺杂的二氧化锰分子筛，烧结的目的是形成纳米棒结构。硫酸锰、磷钨酸钠溶液、高锰酸钾和浓硝酸的质量比为1:0.1-0.15:0.65-0.69:0.2-0.5。制备得到的磷钨酸掺杂OMS-2催化剂中含有钨离子及磷离子；其中钨离子的含量为1％-5％，钨离子包括W5+、W6+，其中W5+含量为30％-35％，W6+含量为65％-70％。作为优选方案制备得到的磷钨酸掺杂OMS-2催化剂中含有钨离子及磷离子；其中钨离子的含量为3.55％，W5+含量为30.9％，W6+含量为69.1％。优选方案中，制备得到的磷钨酸掺杂OMS-2催化剂中，通过改变磷钨酸钠/KMnO4的不同摩尔比制备不同掺杂量的催化剂为0.1[PW]-OMS-2、1[PW]-OMS-2、2[PW]-OMS-2、5[PW]-OMS-2、10[PW)]-OMS-2。本专利技术所述的技术方案选取2(PW)-OMS-2在催化过一硫酸氢盐产生硫酸根自由基降解有机污染物的应用。所述的有机污染物包括酸性橙7、活性蓝19、活性红2、罗丹明B、亚甲基蓝中的任意一种或多种。磷钨酸掺杂OMS-2催化PMS产生硫酸根自由基的反应机理：在PMS存在下，磷钨酸掺杂OMS-2中的低价态的W5+、Mn2+或Mn3+被氧化成W6+、Mn4+同时伴随生成硫酸根自由基、羟基自由基。自由基比羟基自由基氧化性更强，从而可以高效地降解有机污染物。其反应机理如下：所述的磷钨酸掺杂OMS-2催化剂催化PMS产生硫酸根自由基降解有机污染物反应的步骤如下：步骤1：将有机污染物溶液(30-80mg/L)取50mL加入100mL的圆底烧瓶中，加入PMS溶液(0.06-0.5g/L)快速搅拌；步骤2：测试记录下此时有机污染物的吸收峰值；步骤3：快速加入磷钨酸掺杂OMS-2，用紫外-可见光光度计测量有机污染物紫外可见光吸收光谱图的峰型。所述的磷钨酸掺杂OMS-2催化剂在催化反应体系中的质量为3-25mg。所述的磷钨酸掺杂OMS-2催化剂具有良好的催化降解效果，并且操作简单，没有污染，符合绿色化学的原则。磷钨酸掺杂OMS-2催化剂为固体催化剂，在催化过程中可重复使用，对于多种有机污染物均具有优异的催化效果，并且其用量少，可以节约成本，掺杂磷钨酸后，其催化效果更好，在降解有机污染物领域有着良好的应用前景。附图说明图1为实施例1制备得到的磷钨酸掺杂OMS-2催化剂的XRD图，磷钨酸掺杂OMS-2催化剂为0.1[PW]-OMS-2、1(PW)-OMS-2、2(PW)-OMS-2、5(PW)-OMS-2,、10(PW)-OMS-2的XRD图。图2为实施例1制备的磷钨酸掺杂OMS-2催化剂的XPS图，磷钨酸掺杂OMS-2催化剂为0.1[PW]-OMS-2、1(PW)-OMS-2、2(PW)-OMS-2。图3为实施例1制备的2[PW]-OMS-2的电镜扫描图。图4为实施例1制备得到的磷钨酸掺杂OMS-2催化剂对RhodamineB降解效果图，磷钨酸掺杂OMS-2催化剂为0.1[PW]-OMS-2、1(PW)-OMS-2、2(PW)-OMS-2、5(PW)-OMS-2,、10(PW)-OMS-2。图5为实施例1制备的2-[PW]-OMS-2催化PMS降解AcidOrange7的紫外可见光吸收光谱图。图6为实施例1制备的2-[PW]-OMS-2催化PMS降解ReactiveBlue19的紫外可见光吸收光谱图。图7为实施例1制备的2[PW]-OMS-2催化PMS降解ReactiveRed2的紫外可见光吸收光谱图。图8为实施例1制备的2[PW]-OMS-2催化PMS降解RhodamineB的紫外可见光吸收光谱图。图9为本专利技术实施例1制备的2[PW]-OMS-2催化降解RhodamineB重复循环5次的降解时间图。图10为本专利技术实施例1制备的2[PW]-OMS-2催化降解MethyleneBlue的紫外可见光吸收光谱图。具体实施方式实施例1在250mL圆底烧瓶中加入硫酸锰，16mol/L浓硝酸，然后加入水30ml，在室温下搅拌10min，然后继续加入磷钨酸钠和高锰酸钾(溶于100mL水)混合溶液，在100℃下回本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磷钨酸掺杂OMS-2催化剂的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：/n步骤1，将硫酸锰、磷钨酸钠、浓硝酸、高锰酸钾加入去离子水中，在室温下搅拌，得到混合溶液；/n步骤2，将步骤1的混合溶液在80-120℃下回流20-25h，然后用去离子水洗涤，并在70-100℃下干燥6-10h；/n步骤3，将步骤2的干燥产品在500-700 ℃下煅烧20-40 min，制得磷钨酸掺杂OMS-2催化剂，其中磷钨酸的掺杂质量含量为0.03%-0.07%。/n

【技术特征摘要】
1.一种磷钨酸掺杂OMS-2催化剂的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
步骤1，将硫酸锰、磷钨酸钠、浓硝酸、高锰酸钾加入去离子水中，在室温下搅拌，得到混合溶液；
步骤2，将步骤1的混合溶液在80-120℃下回流20-25h，然后用去离子水洗涤，并在70-100℃下干燥6-10h；
步骤3，将步骤2的干燥产品在500-700℃下煅烧20-40min，制得磷钨酸掺杂OMS-2催化剂，其中磷钨酸的掺杂质量含量为0.03%-0.07%。


2.根据权利要求1所述的磷钨酸掺杂的OMS-2催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤1中硫酸锰、磷钨酸钠溶液、高锰酸钾和浓硝酸的质量比为1:0.1-0.15:0.65-0.69:0.2-0.5；所述的浓硝酸的摩尔浓度为15-16mol/L。


3.根据权利要求1所述的磷钨酸掺杂OMS-2催化剂的制备方法，其特征在于：制备得到的磷钨酸掺杂OMS-2催化剂中，其中磷钨酸的质量含量为0.06%。

【专利技术属性】
技术研发人员：刘湘，侯文欣，黄煜，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42