一种铁掺杂γ-MnOOH的制备方法及应用技术

本发明专利技术涉及一种铁掺杂γ

【技术实现步骤摘要】
一种铁掺杂
γ
‑
MnOOH的制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及环境新材料领域，尤其是涉及一种铁掺杂γ
‑
MnOOH的制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]近年来，工业化快速发展过程中环境有机污染问题日趋严重。大量有机污染物具有高毒性、长期性和持久性，对生态环境及人类健康造成严重威胁。目前，传统的物理、生物技术等治理有机污染环境尚有诸多不足，存在较大的提升空间，急需发展更多绿色、高效、经济的有机污染治理技术。
[0003]基于硫酸根自由基的高级氧化技术因其快速高效、适用范围广等特点，在有机污染治理领域具有广阔的应用潜力。过硫酸盐(PS)在热、光、过渡金属(Fe、Mn、 Co、Ni等)、碱性条件等条件下，能产生具有强氧化性的硫酸盐自由基(SO4·
ˉ)，可处理多种难降解有机污染物。其中，锰基催化剂具有晶型结构及性质多变、比表面积大、毒性低、自然丰度高、环境友好、成本低且可大规模制备等优势，作为基于硫酸根自由基的高级氧化技术的催化材料，可用于催化过硫酸盐降解环境介质中的有机污染物。但 Mn(Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和
Ⅶ
)氧化物因其氧化态和结构具有多样性，对于过硫酸盐的催化效率亦存在较大差异。γ
‑
MnOOH是以三价锰为主的强亲水性化合物，具有高效的电子转移速率、丰富的表面活性位点和表面羟基位点，其特性导致γ
‑
MnOOH催化性能优异，能够高效催化过硫酸盐降解有机污染物。但由于锰基催化剂在使用过程中往往存在Mn 离子溶出量大，易造成二次污染的问题，从而限制了有关材料在有机污染治理中的实际应用。
[0004]因此，针对上述问题急需发展一种锰基催化剂改性方法，获取适宜的改性锰基催化剂并探讨其应用条件。

技术实现思路

[0005]针对目前存在的不足，本专利技术的目的在于提供了一种铁掺杂γ
‑
MnOOH的制备方法、铁掺杂γ
‑
MnOOH及其应用，解决了γ
‑
MnOOH催化过硫酸盐降解有机污染物过程中Mn离子溶出量大，二次污染风险高的问题。此外，所述的制备方法反应条件温和，合成温度相对较低，时间较短，容易控制，生产成本低廉，易于工业放大。
[0006]为实现本专利技术的目的，通过以下技术方案来实现：
[0007]一种铁掺杂γ
‑
MnOOH的制备方法，采用以下步骤：(1)将铁源和锰源按照比例加入超纯水中搅拌均匀，依次加入过氧化氢和氨水，剧烈搅拌得到混合溶液；(2)将所述混合溶液在95℃下加热搅拌，冷却过滤得到沉淀物；(3)将沉淀物用超纯水洗涤至中性，真空干燥，最后经玛瑙研钵破碎后通过筛网筛分，制得一种铁掺杂γ
‑
MnOOH。
[0008]优选地，所述步骤(1)中铁源选自三价铁盐中一种或两种；其中，三价铁盐为氯化
铁、硝酸铁、硫酸铁、醋酸铁中任意一种或几种，本专利技术通过实验发现氯化铁能够取得最好的效果，因此所述铁源更优选为氯化铁。
[0009]优选地，所述步骤(1)中锰源选自硝酸锰、硫酸锰和氯化锰中任意一种或几种，本专利技术通过实验发现一水合硫酸锰能够取得最好的效果，因此所述锰源更优选为硫酸锰。
[0010]优选地，所述铁源为氯化铁，所述锰源为硫酸锰，铁和锰摩尔比为y：(1
‑
y)，其中y＝0.05、0.10、0.15和0.20，优选y＝0.05。本专利技术通过优化实验发现这是最佳的原料组合和配比。
[0011]优选地，所述步骤(1)中，每1L铁源与硫酸锰的混合溶液对应加入20.4mL 30％过氧化氢、300mL浓度为0.2M氨水。
[0012]优选地，所述步骤(2)中，加热方式为水浴加热，水浴温度为95℃，反应时间为6小时。
[0013]优选地，所述步骤(2)中所述的冷却方式为自然冷却至室温。
[0014]本专利技术还提供了一种基于如上述所述的铁掺杂γ
‑
MnOOH的应用：室温下向有机污染废水中加入过硫酸盐和所述铁掺杂γ
‑
MnOOH进行反应；所述过硫酸盐浓度为0.5
‑
2 g/L、材料投加量为0.2
‑
2g/L，震荡反应2h，从而去除有机污染物。
[0015]本专利技术比现有技术的优势在于：本专利技术以过氧化氢、铁源、锰源和氨水作为反应原料，通过简单的一步沉淀法合成铁掺杂γ
‑
MnOOH。铁掺杂γ
‑
MnOOH可高效催化过硫酸盐降解水中有机污染物，同时大幅降低使用过程中Mn离子的溶出量。由此可见，本专利技术能够解决γ
‑
MnOOH催化过硫酸盐降解有机污染物过程中锰离子溶出量大的问题，进一步推动γ
‑
MnOOH在有机污染处理中的实际应用。
附图说明
[0016]图1为本专利技术对比例1所得到的γ
‑
MnOOH与实施例1中所得到的Fe
y
Mn1‑
y
OOH 的X射线衍射图。
[0017]图2为本专利技术对比例1所得到的γ
‑
MnOOH与实施例1中所得到的Fe
y
Mn1‑
y
OOH 的扫描电镜图。
[0018]图3为本专利技术对比例1所得到的γ
‑
MnOOH与实施例1中所得到的Fe
y
Mn1‑
y
OOH 催化过硫酸盐降解水体中苯胺的效果对比图。
[0019]图4为本专利技术对比例1所得到的γ
‑
MnOOH与实施例1中所得到的Fe
y
Mn1‑
y
OOH 催化过硫酸盐降解水体中苯胺过程中的锰离子溶出量对比图。
具体实施方式
[0020]下面结合具体实施方法对本专利技术的技术方案作进一步的说明。
[0021]以下实施例仅用于说明本专利技术，但不用来限定本专利技术的保护范围。若未特别说明，实施例中所用试剂和技术手段均为本领域技术人员所熟知的常规手段。
[0022]下述实施例与对比例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所用的实验材料，如无特殊说明，均为自常规生化试剂厂商购买得到的。
[0023]实施例1：铁掺杂γ
‑
MnOOH的制备
[0024]一种铁掺杂γ
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MnOOH制备方法，其具体步骤为：
[0025]将60mmol MnSO4·
H2O分别与3.16mmol、6.67mmol、10.59mmol、15mmolFeCl3·
6H2O溶解于1L超纯水中，依次加入20.4mL 30％H2O2和300mL 0.2M NH3·
H2O，剧烈搅拌5min，在95℃下水浴加热并搅拌6h；待冷却至室温后，过滤洗涤至pH为中性，真空干燥，最后经玛瑙研钵破碎，通过100目筛网筛分，制得不同铁掺杂比例的γ
‑<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铁掺杂γ
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MnOOH的制备方法，包括如下步骤：(1)将铁源和锰源加入超纯水中搅拌均匀，再依次加入过氧化氢和氨水，剧烈搅拌得到混合溶液；(2)将所述混合溶液在90
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100℃下加热搅拌，冷却过滤得到沉淀物；(3)将沉淀物用超纯水洗涤至中性，真空干燥，最后经玛瑙研钵破碎，通过筛网筛分，制得一种铁掺杂γ
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MnOOH；其中，步骤(2)中加热时间为6
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8小时；所述铁源为氯化铁，所述锰源为硫酸锰；其中过氧化氢、铁、锰和氨水的摩尔比为3.3:y:(1.0
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y):1，其中y＝0.05、0.10、0.15或0.20。2.根据权利要求1所述的一种铁掺杂γ
‑
MnOOH的制备方法，其特征在于：步骤中铁源选自三价铁盐中一种或两种；其中，三价铁盐为氯化铁、硝酸铁、硫酸铁、醋酸铁中任意一种或几种。3.根据权利要求1所述的一种铁掺杂γ
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MnOOH的制备方法，其特征在于：铁源为氯化铁。4.根据权利要求1所述的一种铁掺杂γ
‑
MnOOH的制备方法，其特征在于：步骤中所述锰源为硝酸锰、硫酸锰和氯化锰中任意一种或几种。5.根据权利要求1所述的一种铁掺杂γ
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MnOOH的制备方法，其特征在于：锰源为硫酸锰。6.根据权利要求1所述的一种铁掺杂γ<...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡超，曹鸿健，廖用开，侯艳伟，钟雅琪，朱永官，
申请(专利权)人：中国科学院城市环境研究所，
类型：发明
国别省市：