一种四氧化三钴负载磷酸锰催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种四氧化三钴负载磷酸锰催化剂及其制备方法和应用，本发明专利技术将溶剂法合成的磷酸锰分散于钴盐溶液中，在剧烈搅拌下逐滴加入强碱溶液，离心收集沉淀物，并在空气中高温煅烧，即得到制备成Co3O4@Mn3(PO4)2纳米复合非均相催化剂，颗粒大小仅有20

【技术实现步骤摘要】
一种四氧化三钴负载磷酸锰催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于纳米材料
，尤其涉及一种四氧化三钴负载磷酸锰(Co3O4@Mn3(PO4)2)催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]磺胺类有机污染物以其极好的抗菌性和稳定性，广泛应用于畜牧业和人类医学中，近年来，滥用抗生素导致各种水体中频繁检测出磺胺类有机污染物的存在，然而这些污染物具有较强的抗菌性和水溶性，很难通过生物法降解，因此通过环境友好的化学方法降解水体中的磺胺类污染物具有十分重要的意义
[0003]通过活化过一硫酸盐(PMS)产生SO4·
‑
等活性氧自由基，进行的高级氧化技术，近年来广泛应用于磺胺类有机污染物降解的研究。PMS可以通过超声、紫外、热处理和过渡金属催化等方法活化分解，在这些方法中，过渡金属催化以其高效率、低成本、易操作的特性被广泛应用开发。
[0004]现有技术公开了多种过渡金属离子降解有机污染物的方法，如2019年8月23日公开的CN110153175A的专利《一种钴离子催化过一硫酸氢盐降解土壤中2,2`,4,4`
‑
四氯联苯的方法》利用钴盐对过一硫酸氢盐的活化作用，将特定摩尔比的钴盐及过一硫酸氢盐与污染土壤按一定比例放入行星式球磨机进行球磨反应，从而降解土壤中的2,2',4,4'
‑
四氯联苯，然而这种均相催化方法有着固有的弊端，一方面是溶解的金属离子具有毒性，另一方面是催化剂很难回收重复利用。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种四氧化三钴负载磷酸锰催化剂及其制备方法，制备成Co3O4@Mn3(PO4)2纳米复合非均相催化剂，颗粒大小仅有20
‑
50nm，比表面积大。
[0006]本专利技术还有一个目的在于提供一种四氧化三钴负载磷酸锰催化剂的应用，用于活化PMS降解有机污染物；催化稳定性强，且催化剂可以回收循环利用，不会引起二次污染。
[0007]本专利技术具体技术方案如下：
[0008]一种四氧化三钴负载磷酸锰催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0009]a、将磷酸氢二钠加入到锰盐溶液中，搅拌反应，产物过滤、洗涤后干燥，得Mn3(PO4)2；
[0010]b、向Mn3(PO4)2的溶液中逐滴加入钴盐溶液，搅拌下进行反应，再逐滴滴加强碱溶液，反应后，离心收集获沉淀，水洗，干燥；
[0011]c、将干燥后的产物在空气中煅烧，即得四氧化三钴负载磷酸锰(Co3O4@Mn3(PO4)2)。
[0012]步骤a中，所述磷酸氢二钠和锰盐溶液中锰盐的摩尔比为1:1；
[0013]步骤a中，所述锰盐溶液浓度为0.03
‑
0.09mol/L；
[0014]步骤a中，所述锰盐选自可溶性锰盐，优选为MnSO4；
[0015]步骤a中，所述搅拌反应是指室温下搅拌反应90
±
5min；
[0016]步骤a中，产物过滤后水洗、乙醇交替洗涤，在80
‑
120℃干燥20
‑
25h；所得产物为Mn3(PO4)2。
[0017]步骤b中，所述钴盐为可溶液钴盐，优选为Co(NO3)2；
[0018]步骤b中，Mn3(PO4)2的溶液的浓度为0.01
‑
0.02M；
[0019]步骤b中，钴盐溶液浓度为1
‑
2M；
[0020]步骤b中，所述Mn3(PO4)2的溶液和钴盐溶液的体积比为12
‑
18:1；
[0021]步骤b中，所述搅拌下进行反应，是指搅拌速率400
‑
500rmp条件下，反应时间为40
‑
50min；
[0022]步骤b中，所述强碱溶液浓度为0.5mol/L；
[0023]步骤b中，所述钴盐溶液和强碱溶液体积比为1:4
‑
5；
[0024]步骤b中，所述强碱溶液为NaOH溶液；
[0025]步骤b中，加入强碱溶液后，反应2
‑
2.5小时；
[0026]步骤b中，所述离心具体为转速为5000转，离心时间为10分钟；离心后水洗三次，干燥，温度为80
‑
120℃，干燥时间为20
‑
25小时。
[0027]步骤c中，所述煅烧，升温速度为5℃/min，升温到600℃，煅烧时间为2小时。
[0028]本专利技术提供的一种四氧化三钴负载磷酸锰催化剂，采用上述方法制备得到，Co3O4负载于Mn3(PO4)2表面，制备成Co3O4@Mn3(PO4)2纳米复合非均相催化剂，颗粒大小为20
‑
50nm，比表面积为15
‑
20m2/g。
[0029]本专利技术提供的一种四氧化三钴负载磷酸锰催化剂的应用，用于活化PMS降解有机污染物，尤其用于活化PMS降解磺胺类有机污染物。催化稳定性强，且催化剂可以回收循环利用，不会引起二次污染。
[0030]本专利技术将具有高效催化活性的Co3O4负载于Mn3(PO4)2表面，制备成Co3O4@Mn3(PO4)2纳米复合非均相催化剂，颗粒大小仅有20
‑
50nm，比表面积大，具有极高的催化PMS降解有机污染物的能力，尤其用于活化PMS降解磺胺类有机污染物，催化剂稳定性强，且可以回收循环利用，不会像均相催化剂一样引起二次污染。本现有技术相比，本专利技术制备的催化剂材料催化效率高，应用范围广，稳定性强，可反复循环使用，有着极大应用前景。
附图说明
[0031]图1为本专利技术实施例1所获得的四氧化三钴负载磷酸锰纳米颗粒扫描电子显微镜和透射电子显微镜图片；
[0032]图2为本专利技术实施例1所获得的四氧化三钴负载磷酸锰用于活化PMS降解磺胺二甲基嘧啶实验数据；
[0033]图3为本专利技术实施例1所获得的四氧化三钴负载磷酸锰用于循环5次活化PMS降解磺胺二甲基嘧啶实验数据；
[0034]图4为本专利技术实施例1所获得的四氧化三钴负载磷酸锰在实际水样中活化PMS降解磺胺二甲基嘧啶实验数据，自来水取自南京农业大学自来水管，井水取自江苏省盐城市射阳县，玄武湖水取自南京玄武湖水下1米深处；
[0035]图5为本专利技术实施例1所获得的四氧化三钴负载磷酸锰活化PMS降解各种有机污染物的实验数据；
[0036]图6为本专利技术实施例1所获得的四氧化三钴负载磷酸锰的XRD和标准卡比对图。
具体实施方式
[0037]实施例1
[0038]一种四氧化三钴负载磷酸锰催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0039]a、将3mmol的Na2HPO4加入到100mL浓度为30mM的MnSO4溶液中，在室温下搅拌90min，过滤后水洗乙醇洗，在90℃干燥24h，得到Mn3(PO4)2；
[0040]b、取1mmol上述制备的Mn3(PO4)2分散在75m本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种四氧化三钴负载磷酸锰催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：a、将磷酸氢二钠加入到锰盐溶液中，搅拌反应，产物过滤、洗涤后干燥，得Mn3(PO4)2；b、向Mn3(PO4)2的溶液中逐滴加入钴盐溶液，搅拌下进行反应，再逐滴滴加强碱溶液，反应后，离心收集获沉淀，水洗，干燥；c、将干燥后的产物在空气中煅烧，即得四氧化三钴负载磷酸锰。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤a中，所述磷酸氢二钠和锰盐溶液中锰盐的摩尔比为1:1。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤a中，所述锰盐溶液浓度为0.03
‑
0.09mol/L。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤a中，所述搅拌反应是指室温下搅拌90
±
5min。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤b中，Mn3(PO4)2的溶液的浓度为0.01
‑
0.02M；钴盐溶液浓度为1
‑...

【专利技术属性】
技术研发人员：周玉晓，蒋卓睿，丁松艳，侯丽丽，刘梦雪，李保军，肖慧丽，
申请(专利权)人：安徽精公检测检验中心有限公司，
类型：发明
国别省市：