一种用于活化过一硫酸盐的碳掺杂二氧化锰催化剂及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种碳掺杂二氧化锰催化剂及其制备方法与应用，制备方法，包括如下步骤：采用浓硫酸将高锰酸钾与羧基化碳纳米管的混合溶液酸化后，加热反应，制得碳掺杂二氧化锰。通过引入羧基化碳纳米管，有效提高了二氧化锰催化剂的界面极化电阻，增大了表面羟基的数量，因此，其表面含有大量可与过一硫酸盐络合的表面羟基位点，大大增强了催化剂的催化能力，同时提高了催化剂内部的电子转移速率，使得有机污染物可更快速的被降解。在低pH值条件下其效果提升尤其强烈，提高了过一硫酸盐的利用率，大大节约了成本。大大节约了成本。大大节约了成本。

【技术实现步骤摘要】
一种用于活化过一硫酸盐的碳掺杂二氧化锰催化剂及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于非均相催化剂制备
，具体涉及一种用于活化过一硫酸盐的碳掺杂二氧化锰催化剂及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
[0003]近年来，为了应对工业污染带来的环境危机，寻求廉价高效的环境污染治理技术成为科技工作者的关注焦点，过一硫酸盐作为一种强氧化剂在废水治理技术中得到广泛研究。过一硫酸盐具有较高的氧化还原电位(E0＝1.82V)，但由于其与有机污染物反应速率较慢。因此，必须使用一定手段对其进行活化，使其分解从而产生具有强氧化能力的羟基自由基和硫酸根自由基以达到降解有机污染物的目的。在诸多催化方法中，使用非均相催化剂对过一硫酸盐进行活化，具有绿色环保、成本低廉、性能优秀等特点。研究人员发现，二氧化锰可以有效活化过一硫酸盐，从而产生硫酸根自由基与羟基自由基，以达到降解污染物的目的。该法能处理多种污染物，适用范围广，特别是对难降解的有机物具有很好的氧化分解作用。然而，二氧化锰的活化效果仍难满足治理要求。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术中存在的技术问题，本专利技术的目的是提供一种用于活化过一硫酸盐的碳掺杂二氧化锰催化剂及其制备方法与应用。
[0005]为实现上述专利技术目的，本专利技术的一个或多个实施例公开了以下技术方案：
[0006]第一方面，本专利技术提供了一种用于活化过一硫酸盐的碳掺杂二氧化锰催化剂的制备方法，包括如下步骤：
[0007]采用浓硫酸将高锰酸钾与羧基化碳纳米管的混合溶液酸化后，加热反应，制得碳掺杂二氧化锰。
[0008]第二方面，本专利技术提供一种用于活化过一硫酸盐的碳掺杂二氧化锰催化剂，由以上制备方法制备而成。
[0009]第三方面，本专利技术提供上述用于活化过一硫酸盐的碳掺杂二氧化锰催化剂在通过活化过一硫酸盐进行废水处理中的应用。
[0010]与现有技术相比，本专利技术的以上一个或多个实施例取得了以下有益效果：
[0011](1)本专利技术的以上一个或多个实施例中提出的改进的用于活化过一硫酸盐的碳掺杂二氧化锰制备方法，与传统的水热法、共沉淀法和溶胶凝胶法相比，其所用羧基化碳纳米管在作为还原剂与模板剂的同时，也可以在反应过程中向二氧化锰中掺杂碳，同时二氧化锰可在碳纳米管的管壁上均匀生长，从而避免了团聚现象。
[0012](2)通过引入羧基化碳纳米管，有效提高了二氧化锰催化剂的界面极化电阻，增大了表面羟基的数量，因此，其表面含有大量可与过一硫酸盐络合的表面羟基位点，大大增强了催化剂的催化能力，同时提高了催化剂内部的电子转移速率，使得有机污染物可更快速的被降解。在低pH值条件下其效果提升尤其强烈，提高了过一硫酸盐的利用率，大大节约了成本。
[0013](3)本专利技术的以上一个或多个实施例中提出的用于活化过一硫酸盐的碳掺杂二氧化锰催化剂的制备方法，具有操作便捷、条件简单、易于控制的优点，与水热法等方法相比更加适用于工业化生产。
附图说明
[0014]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0015]图1为本专利技术实施例1和对比例1制备的二氧化锰和碳掺杂二氧化锰非均相催化剂的EIS曲线图；
[0016]图2为本专利技术实施例1和对比例1制备的二氧化锰和碳掺杂二氧化锰非均相型催化剂的XPS谱图；
[0017]图3为本专利技术实施例1和对比例1制备的二氧化锰和碳掺杂二氧化锰非均相催化剂的XRD谱图；
[0018]图4为本专利技术实施例1制备的碳掺杂二氧化锰非均相催化剂的FTIR谱图；
[0019]图5为本专利技术实施例1制备的碳掺杂二氧化锰非均相催化剂的SEM图像；
[0020]图6为本专利技术实施例1制备的碳掺杂二氧化锰非均相催化剂的TEM图像。
具体实施方式
[0021]应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0022]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0023]第一方面，本专利技术提供了一种用于活化过一硫酸盐的碳掺杂二氧化锰催化剂的制备方法，包括如下步骤：
[0024]采用浓硫酸将高锰酸钾与羧基化碳纳米管的混合溶液酸化后，加热反应，制得碳掺杂二氧化锰。
[0025]在一些实施例中，高锰酸钾与羧基化碳纳米管的质量比为8:1-12:1。
[0026]进一步的，高锰酸钾与羧基化碳纳米管的质量比为10:1。
[0027]进一步的，去离子水作为溶剂。
[0028]更进一步的，每克羧基化碳纳米管中添加80-120ml去离子水。
[0029]进一步的，浓硫酸与去离子水的体积比为1:180-220。
[0030]更进一步的，加入浓硫酸后，搅拌2-4小时，进行体系酸化。
[0031]再进一步的，加入浓硫酸后，搅拌2小时，进行体系酸化。
[0032]更进一步的，体系酸化处理后，将反应体系加热至60-80℃，持续搅拌反应，固体产物即为目标产物。
[0033]再进一步的，持续搅拌反应的时间为0.8-1.2h。
[0034]在一些实施例中，还包括将制备得到的固体产物进行洗涤和干燥的步骤。
[0035]进一步的，所述洗涤为采用去离子水反复冲洗。
[0036]第二方面，本专利技术提供一种用于活化过一硫酸盐的碳掺杂二氧化锰催化剂，由以上制备方法制备而成。
[0037]第三方面，本专利技术提供上述碳掺杂二氧化锰催化剂在通过活化过一硫酸盐进行废水处理中的应用。
[0038]实施例1
[0039]一种用于活化过一硫酸盐的碳掺杂二氧化锰纳米粉体的制备方法，主要步骤如下：
[0040](1)按质量比羧基化碳纳米管：高锰酸钾＝1:10，将一定量的高锰酸钾和相应比例的羧基化碳纳米管加入至去离子水中，每克羧基化碳纳米管对应100ml去离子水，得到混合溶液；
[0041](2)将混合溶液充分搅拌，待溶液内的羧基化碳纳米管分散均匀后，按去离子水：98％浓硫酸＝200:1的比例，边搅拌边向混合溶液中加入98％的浓硫酸，继续搅拌2小时，得到酸化的混合溶液；
[0042](3)将酸化的混合溶液在80℃的水浴搅拌条件下保持1小时，使其充分反应。反应完毕后对溶液中的棕黑色固体进行分离并用去离子水本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳掺杂二氧化锰催化剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：采用浓硫酸将高锰酸钾与羧基化碳纳米管的混合溶液酸化后，加热反应，制得碳掺杂二氧化锰。2.根据权利要求1所述的碳掺杂二氧化锰催化剂的制备方法，其特征在于：高锰酸钾与羧基化碳纳米管的质量比为8:1-12:1；进一步的，高锰酸钾与羧基化碳纳米管的质量比为10:1。3.根据权利要求1所述的碳掺杂二氧化锰催化剂的制备方法，其特征在于：去离子水作为溶剂；进一步的，每克羧基化碳纳米管中添加80-120ml去离子水。4.根据权利要求3所述的碳掺杂二氧化锰催化剂的制备方法，其特征在于：浓硫酸与去离子水的体积比为1:180-220。5.根据权利要求4所述的碳掺杂二氧化锰催化剂的制备方法，其特征在于：加入浓硫酸后，搅拌...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄理辉，韩宇飞，谢美玲，孙昀潇，马西祥，李万峰，高延军，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：