一种三元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三元催化剂及其制备方法和应用。根据本发明专利技术的三元催化剂，其中含有Ti、Mn3O4和Fe3O4，三元催化剂中分布有氧空位结构，这些氧空位结构具有高氧气亲和力，能够提高对氧气的吸附和活化能力，加速催化体系中的电荷转移，实现在无需外加能量(如光、电)输入的情况下利用氧空位活化氧气产生稀浓度的过氧化氢。本发明专利技术还提供了上述催化剂的制备方法和应用。和应用。和应用。

【技术实现步骤摘要】
一种三元催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于双氧水制备
，具体涉及一种三元催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]过氧化氢(H2O2)是世界上最重要的基础化学物质之一，每年全球需求量接近400万吨。H2O2在化学合成、消毒、环境修复等领域有着广泛的应用。目前工业上是通过高耗能和废物密集型的蒽醌工艺进行生产，这只适用于大规模操作以及生产商业所需的高浓度、浓缩型的H2O2(30wt％～70wt％)。此外，这种方法产生的浓缩型的H2O2溶液含有大量有害物质，并且其分离和纯化过程严重依赖于运输和储存，构成了安全隐患。为克服这些瓶颈，通过电/光催化技术原位生产H2O2已逐渐取代传统蒽醌工艺。然而，电/光催化过程需要消耗大量电/光能，增加了制备成本。
[0003]目前，除了特殊的航空航天业，很少有行业需要浓缩形式的H2O2。在现代工业和环境处理特别是在废水处理应用中，开发小型、分散、稀浓度的H2O2制备方法越来越受关注，因为这类制备方法避免了运输、存储、分离和净化的问题。特别是，稀浓度的H2O2(<1wt％)通常用于诱导活性氧的产生，用于环境水处理。因此，为了避免H2O2在储存和运输存在的安全隐患，有必要开发一种更节能、资源效率更高以及适合现场生产稀浓度H2O2的材料和方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的上述技术问题之一。为此，本专利技术提供了一种三元催化剂，该三元催化剂具有较强的氧气吸附和活化能力，能够在伍拧了输入的条件下就通过活化氧气制备过氧化氢，为传统高污染、高能耗、高风险、高成本的过氧化氢生产提供了一种有潜力的替代方案，具有良好的应用前景。
[0005]本专利技术还提供了一种三元催化剂的制备方法。
[0006]本专利技术还提供了三元催化剂在制备过氧化氢中的应用。
[0007]本专利技术的第一方面提供了一种三元催化剂，三元催化剂中含有Ti、Mn3O4和Fe3O4，三元催化剂中分布有氧空位结构。
[0008]本专利技术关于三元催化剂的技术方案中的一个技术方案，至少具有以下有益效果：
[0009]过渡金属氧化物复合物具有独特的电子结构和优异的催化性能，在催化领域备受关注。采用Ce、Zn、Cu、Ni和Ti等金属掺杂剂掺杂到过渡金属催化材料中，有望通过诱导电荷重新分配，调节电子结构获得大量有效活性位点并产生氧空位，改善催化剂的导电性和增强活化氧气的能力。与上述方法不同的是，本专利技术提出采用具有高氧气亲和力的氧空位特性的催化剂，提高对氧气的吸附和活化能力，加速催化体系中的电荷转移，实现在无需外加能量(如光、电)输入的情况下利用氧空位活化氧气产出稀浓度的过氧化氢。
[0010]本专利技术的三元催化剂，其中含有Ti、Mn3O4和Fe3O4，三元催化剂中分布有氧空位结构，这些氧空位结构具有高氧气亲和力，能够提高对氧气的吸附和活化能力，加速催化体系
中的电荷转移，实现在无需外加能量(如光、电)输入的情况下利用氧空位活化氧气产生稀浓度的过氧化氢。
[0011]本专利技术的三元催化剂，将Ti掺杂到过渡金属尖晶石结构的Mn3O4/Fe3O4氧化物中，三元催化剂具有磁性，便于回收利用。
[0012]根据本专利技术的一些实施方式，三元催化剂中，Ti、Mn和Fe的摩尔比为0.1～1:1～3:1～3。
[0013]根据本专利技术的一些实施方式，三元催化剂中，Ti、Mn和Fe的摩尔比为0.1～1:1:1。
[0014]根据本专利技术的一些实施方式，三元催化剂中，Ti、Mn和Fe的摩尔比为0.1～0.8:1:1。
[0015]根据本专利技术的一些实施方式，三元催化剂为颗粒状，平均粒径为10nm～20nm。
[0016]本专利技术的第二方面提供了一种制备本专利技术的三元催化剂的方法，方法为：将钛源、锰源和铁源，在碱性溶液中浸渍形成金属沉淀，将金属沉淀经过水热反应后煅烧，得到所述的三元催化剂。
[0017]本专利技术关于三元催化剂的制备方法中的一个技术方案，至少具有以下有益效果：
[0018]本专利技术的制备方法，原料成本低，来源广泛，制备过程无需复杂的过程控制，反应条件不苛刻，无需昂贵的设备，利于实现工业化大规模生产。
[0019]根据本专利技术的一些实施方式，包括以下步骤：
[0020]S1：将钛源、锰源、铁源和共沉淀剂加入水中混合；
[0021]S2：将碱性溶液加入步骤S1的混合物中进行浸渍；
[0022]S3：将步骤S2的产物转入反应釜进行水热反应后，将产物煅烧，得到所述的三元催化剂。
[0023]根据本专利技术的一些实施方式，步骤S1中：
[0024]钛源包括硫酸钛和钛酸四丁酯中的至少一种。
[0025]根据本专利技术的一些实施方式，锰源包括硝酸锰和高锰酸钾中的至少一种。
[0026]根据本专利技术的一些实施方式，铁源包括硝酸铁、硫酸铁及其水合物中的至少一种。
[0027]根据本专利技术的一些实施方式，共沉淀剂包括聚乙烯吡咯烷酮和聚乙二醇中的至少一种。
[0028]共沉淀剂的作用是减小沉淀颗粒的尺寸和粒径。
[0029]根据本专利技术的一些实施方式，步骤S2中：
[0030]碱性溶液包括氢氧化铵溶液、氢氧化钠、氢氧化钾溶液中的至少一种。
[0031]碱性溶液的质量分数为5％～20％。
[0032]碱性溶液的质量分数为10％～20％。
[0033]碱性溶液的质量分数为10％～15％。
[0034]碱性溶液的质量分数为12.5％左右。
[0035]将碱性溶液加入步骤S1的混合物中，室温下进行搅拌，使其充分混匀。
[0036]根据本专利技术的一些实施方式，步骤S3中：
[0037]根据本专利技术的一些实施方式，水热反应的温度为80℃～150℃。
[0038]根据本专利技术的一些实施方式，水热反应的温度为80℃～120℃。
[0039]根据本专利技术的一些实施方式，水热反应的温度为100℃左右。
[0040]根据本专利技术的一些实施方式，水热反应的时间为12h～36h。
[0041]根据本专利技术的一些实施方式，水热反应的时间为24h～36h。
[0042]根据本专利技术的一些实施方式，水热反应的时间为24h左右。
[0043]煅烧前，可以先将产物烘干。
[0044]烘干的时间可以为12h，烘干温度可以为80℃左右。
[0045]根据本专利技术的一些实施方式，煅烧的温度为200℃～500℃。
[0046]根据本专利技术的一些实施方式，煅烧的温度为200℃～300℃。
[0047]根据本专利技术的一些实施方式，煅烧的温度可以为300℃左右
[0048]煅烧可以在马弗炉中进行。
[0049]根据本专利技术的一些实施方式，煅烧的时间为1h～4h。
[0050]本专利技术的第三方面提供了的三元催化剂在制备过氧化氢中的应用。
[0051]本专利技术关于三元催化剂在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三元催化剂，其特征在于，所述三元催化剂中含有Ti、Mn3O4和Fe3O4，所述三元催化剂中分布有氧空位结构。2.根据权利要求1所述的三元催化剂，其特征在于，所述三元催化剂中，Ti、Mn和Fe的摩尔比为0.1～1:1～3:1～3。3.根据权利要求1所述的三元催化剂，其特征在于，所述三元催化剂为颗粒状，平均粒径为10nm～20nm。4.一种制备如权利要求1至3任一项所述的三元催化剂的方法，其特征在于，方法为：将钛源、锰源和铁源，在碱性溶液中浸渍形成金属沉淀，将所述金属沉淀经过水热反应后煅烧，得到所述三元催化剂。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将钛源、锰源、铁...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈茜茜，付宛宜，张锡辉，杨玉龙，杨锴，徐旋波，
申请(专利权)人：广东省广业装备制造集团有限公司，
类型：发明
国别省市：