一种基于KOH改性的MnO2复合TiO2复合催化剂的制备方法及应用技术

本发明专利技术涉及催化剂技术领域，公开了一种基于KOH改性的MnO2复合TiO2复合催化剂的制备方法及应用，本发明专利技术首先制备了KOH改性MnO2前体物，然后制备KOH改性MnO2复合TiO2催化剂，在制备过程中，优化溶液pH、MnO2添加量和沉化时间，最后将所述催化剂用于协同等离子体在不同电压梯度下催化降解甲苯；本发明专利技术加入适量的TiO2后，可增强催化剂的导电性，在表面产生微放电效应，提升能量的利用效率，且可在反应器放电区域产生光催化氧化，加快对甲苯的去除，同时，本发明专利技术具有工艺简单，条件温和，稳定性好，催化效率高，环保节能等优点，具有广泛的应用前景。具有广泛的应用前景。具有广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种基于KOH改性的MnO2复合TiO2复合催化剂的制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及催化剂
，尤其涉及一种基于KOH改性的MnO2复合TiO2复合催化剂的制备方法及应用。

技术介绍

[0002]当今社会快速发展，挥发性有机化合物的排放量日益增多，对周围环境和人类健康造成了极大的威胁。甲苯为挥发性有机物中的有毒物质，在装修涂料中常被检测到，同时具备释放浓度低、存在周期长等特点，因此危害时间长、范围大。甲苯的熔点、沸点分别为
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94.9℃、110.4℃，密度为0.866g/cm3，感官上表现为无色透明液体、具有特殊芳香味。短时吸入高浓度甲苯对呼吸道和眼部具有强刺激作用，导致咽部和眼结膜充血，同时出现头痛、头晕、胸闷、呕吐、恶心等症状，严重的会出现昏迷、抽搐；长时接触可引发神经衰弱、皮肤炎症、肝肾功能受损。
[0003]为了起到对特定污染物甲苯的高效去除，催化性能优越、稳定性高的催化剂是研究的热点。在过渡金属氧化物中，MnO2是最有效分解甲苯的金属氧化物之一。公开号为CN109482175B，公开日为2020年12月22日的中国专利公开了一种蛋黄
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壳结构锰钾矿型二氧化锰催化剂及其制备方法与应用，以可溶性锰盐水溶液，碳酸氢铵水溶液，环己烷，正丁醇以及十六烷基三甲基溴化铵为原料，利用微乳法合成碳酸锰粉末，碳酸锰溶于水并与高锰酸钾反应后得前驱体；该前驱体经洗涤、干燥后在300
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500℃下焙烧即得蛋黄
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壳结构锰钾矿型二氧化锰催化剂。
[0004]目前，高效能的催化剂协同低温等离子体对甲苯污染物的催化具有能耗低、去除效率高、有效降低副产物排放量等诸多特点，因此研发制备出合适的催化剂极为关键。

技术实现思路

[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于KOH改性的MnO2复合TiO2复合催化剂的制备方法及应用。本专利技术人KOH的加入可以起到去絮凝的作用，且当体系的pH升高时，高锰酸钾的氧化性被削弱，氧化速度变慢，体系氧化反应发生更为彻底，使得Mn
4+
量增加，且K
+
增加MnO2结构稳定性的同时还可增强其催化性能；加入适量的二氧化钛后，可增强催化剂的导电性，在表面产生微放电效应，提升能量的利用效率，且可在反应器放电区域产生光催化氧化，加快对甲苯的去除。
[0006]本专利技术的具体技术方案为：一种基于KOH改性的MnO2复合TiO2复合催化剂的制备方法，包括以下步骤：(1)KOH改性MnO2前体物溶液的制备：在搅拌下，将Mn(AC)2·
4H2O溶液滴加到KMnO4溶液中，加入KOH溶液调节体系pH，得到改性的MnO2前体物溶液；(2)KOH改性MnO2复合TiO2催化剂的制备：将TiO2加入到所述步骤(1)得到的MnO2前体物溶液中，持续搅拌1
‑
5h后置于反应釜中沉化，然后加热搅拌反应，待反应完全后取出使
其自然冷却至室温，然后对所得溶液进行抽滤、洗涤、干燥操作，最后将得到的固体研磨筛分，得到所述基于KOH改性的MnO2复合TiO2复合催化剂。
[0007]本专利技术中，加入KOH后高锰酸钾的氧化性能被削弱氧化速度变慢，体系氧化反应发生更为彻底，使得Mn
4+
量增加，通过乙酸根和锰缓慢反应形成八面体结构，增强催化性能；而K
+
又可作为电子助剂和结构助剂进入到二氧化锰催化剂的隧道结构中，提高催化剂的稳定性的同时可以改变晶格氧物种周围电子云密度，使得晶格氧释放效率增高，在一定程度上提高了催化剂的活性；此外，与适量的高介电系数光催化材料TiO2复合后协同等离子催化系统可加快对甲苯的氧化还原反应过程，从而提升净化效率，去除率可达92％以上。
[0008]作为优选，所述步骤(1)中，KMnO4和Mn(AC)2·
4H2O的摩尔比为1:0.6
‑
1。
[0009]作为优选，所述步骤(1)中，KOH溶液浓度为0.1
‑
0.3mol/L；所述体系pH为6～8。
[0010]作为优选，所述步骤(2)中，反应釜中的沉化时间为1
‑
4h。
[0011]本专利技术控制反应釜中的沉化时间为1
‑
4h，当沉化时间较短时，共沉淀产生的晶体长成不够完全，而适当增加沉化时间有利于晶体的进一步长成，在宏观上则表现出更好催化性能，即在协同低温等离子体后对目标污染物的降解效率提升。
[0012]作为优选，所述步骤(2)中，加热温度为100
‑
150℃，加热时间为10
‑
15h。
[0013]作为优选，所述步骤(2)中，干燥温度为60
‑
70℃，干燥时间为10
‑
15h。
[0014]作为优选，所述步骤(2)中，筛分的筛子为80
‑
100目。
[0015]作为优选，所述MnO2的晶型为α型。
[0016]作为优选，所述的MnO2的质量为所述基于KOH改性的MnO2复合TiO2复合催化剂总质量的5
‑
10％。
[0017]本专利技术中，MnO2的添加量并不是越大越好，找到活性成分合适的负载量才是关键。当MnO2用量较小时，一方面其对低温等离子体放电过程中产生的臭氧分解转化成活性氧的能力自然也会下降，另一方面MnO2之间的放电联系也会相应减弱，产生更少的微电流，由此导致对甲苯的降解效率偏低；而当活性成分负载量过多时，一方面可能会遮挡到TiO2光催化剂，到达TiO2表面的紫外光自然会相应减少，导致光催化性能减弱，另一方面过多的纳米线之间相互重叠，放电区域电流经过催化剂的阻力变大，且特征污染物与其有效接触面积减少，气体净化不充分，从而使得净化率变低。
[0018]一种所述制备方法制备的复合催化剂协同等离子体在不同电压梯度下催化降解甲苯的应用。
[0019]与现有技术对比，本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术工艺简单，条件温和，稳定性好，催化效率高，环保节能等优点，具有广泛的应用前景；(2)通过本专利技术制备方法制备的KOH改性MnO2复合TiO2催化剂，α晶型的MnO2表现出优越的催化性能，KOH的加入一方面可以起到去絮凝的作用，且当体系的pH升高时，高锰酸钾的氧化性被削弱，氧化速度变慢，体系氧化反应发生更为彻底，使得Mn
4+
量增加，且K
+
增加MnO2结构稳定性的同时还可增强其催化性能；(3)加入适量的TiO2后，可增强催化剂的导电性，在表面产生微放电效应，提升能量的利用效率，且可在反应器放电区域产生光催化氧化，加快对甲苯的去除。
附图说明
[0020]图1是本专利技术实施例1制备的KOH改性MnO2催化剂的扫描电镜图；图2是本专利技术实施例1制备的KOH改性MnO2复合TiO2催化剂扫描电镜图；图3是本专利技术实施例1制备的KOH改性MnO2复合TiO2催化剂XR本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于KOH改性的MnO2复合TiO2复合催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）KOH改性MnO2前体物溶液的制备：在搅拌下，将Mn(AC)2·
4H2O溶液滴加到KMnO4溶液中，加入KOH溶液调节体系pH，得到改性的MnO2前体物溶液；（2）KOH改性MnO2复合TiO2催化剂的制备：将TiO2加入到所述步骤（1）得到的MnO2前体物溶液中，持续搅拌1
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5 h后置于反应釜中沉化，然后加热搅拌反应，待反应完全后取出使其自然冷却至室温，然后对所得溶液进行抽滤、洗涤、干燥操作，最后将得到的固体研磨筛分，得到所述基于KOH改性的MnO2复合TiO2复合催化剂。2.如权利要求1所述的一种基于KOH改性的MnO2复合TiO2复合催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中，KMnO4和Mn(AC)2·
4H2O的摩尔比为1:0.6
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1。3.如权利要求1所述的一种基于KOH改性的MnO2复合TiO2复合催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中，KOH溶液浓度为0.1
‑
0.3 mol/L；所述体系pH为6~8。4.如权利要求1所述的一种基于KOH改性的MnO2复合TiO2复合催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜理英，黄武，王鹏举，姚志伟，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：