一种用于非均相催化氧化反应的硫化铁锰立方尖晶石材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种用于非均相催化氧化反应的硫化铁锰立方尖晶石材料及其制备方法，涉及环境修复功能材料技术领域。本发明专利技术采用一步水热反应，将草酸溶液与含有硫代硫酸钠的金属盐混合溶液进行混合反应，制备得到硫化铁锰立方尖晶石材料，该反应条件温和、不涉及有毒有害原材料，且所制备的催化剂稳定、高效、环境友好，可有效降低过一硫酸盐等氧化剂的活化能，实现有机污染物的高效去除。实现有机污染物的高效去除。实现有机污染物的高效去除。

【技术实现步骤摘要】
一种用于非均相催化氧化反应的硫化铁锰立方尖晶石材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及环境修复功能材料
，特别是涉及一种用于非均相催化氧化反应的硫化铁锰立方尖晶石材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]目前，高级氧化技术广泛应用于环境介质中有机污染物的降解研究与修复实践。基于硫酸根自由基(SO4·
－
)的高级氧化技术因具有较高的氧化电位、更宽的适用pH范围、更稳定的传质能力和更长的有效时间而得到普遍关注。SO4·
－
可以通过活化过二硫酸盐(PS)或过一硫酸盐(PMS)等氧化剂得到。常用活化方法包括过渡金属离子、热、光、碱等均相活化方法，以及金属氧化物、活性碳等非均相活化方法。
[0003]具有尖晶石结构的过渡金属的氧化物在环境功能材料研究领域具有重要意义。特别是具有低成本和环境友好特点的立方Fe
‑
Mn双金属氧化物(Fe2MnO4)，作为NO的选择性催化还原、电化学电容器、过硫酸盐(PMS)的异质催化剂等被广为研究。然而，尖晶石催化剂表面金属离子的氧化还原循环主要依赖其与氧化剂(S2O
82－
或HSO
5－
)的反应，不但导致氧化活性较低的SO5·
－
的生成，还会造成氧化剂的无意义损耗。同时，鉴于不同自由基产生的氧化还原电位差异(HSO
5－
/SO4·
－
：2.5
‑
3.1V和HSO
5－
/SO5·
－
：1.1V)，Mn
3+
/Mn
2+
(1.51V)和Fe
3+
/Fe
2+
(0.77V)的氧化还原循环在热力学上是不可行的。因此，实现电子从Fe
2+
向Mn
3+
的高效传递对提升铁锰尖晶石的催化性能具有重要意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种用于非均相催化氧化反应的硫化铁锰立方尖晶石材料及其制备方法，以解决上述现有技术存在的问题，提高铁锰尖晶石的催化性能。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0006]本专利技术提供一种硫化铁锰立方尖晶石材料的制备方法，包括以下步骤：
[0007]将草酸溶液与含有硫代硫酸钠的铁锰金属盐混合溶液进行混合反应，反应结束后收集沉淀，得到硫化铁锰立方尖晶石前驱体；对所述硫化铁锰立方尖晶石前驱体进行焙烧处理，得到所述硫化铁锰立方尖晶石材料。
[0008]进一步地，所述混合反应的温度为60℃
‑
80℃；所述焙烧处理的温度为350℃
‑
400℃。焙烧处理时间优选为2h。
[0009]进一步地，所述草酸溶液的浓度为0.45mol/L；所述含有硫代硫酸钠的铁锰金属盐混合溶液中，硫代硫酸钠的浓度为0.30mol/L，铁盐的浓度为0.20mol/L，锰盐的浓度为0.10mol/L。
[0010]进一步地，所述铁盐优选为FeSO4·
7H2O，所述锰盐优选为MnSO4。
[0011]进一步地，上述硫化铁锰立方尖晶石材料的制备过程更具体的步骤如下：
[0012]将草酸于60℃条件下溶于水中，得到溶液A；将铁盐、锰盐和硫代硫酸钠于25℃条
件下溶于水中，得到溶液B；
[0013]将所述溶液A和溶液B在60℃条件下进行混合反应，反应结束后收集沉淀，得到硫化铁锰立方尖晶石前驱体；
[0014]将所述硫化铁锰立方尖晶石前驱体洗涤、干燥、焙烧，得到所述硫化铁锰立方尖晶石材料。
[0015]优选的，溶液A和溶液B进行混合时，于搅拌速率为400～550rpm的条件下，以10滴/min的滴速将溶液B滴加至溶液A中，滴加完成后，于600～750rpm下搅拌，时间优选为20min。
[0016]优选的，洗涤为乙醇和超纯水洗涤；所述干燥的温度为70℃，时间优选为12h。
[0017]优选的，焙烧处理结束后，对得到的硫化铁锰立方尖晶石材料进行研磨处理。
[0018]本专利技术还提供上述制备方法制备得到的硫化铁锰立方尖晶石材料。
[0019]本专利技术进一步提供上述硫化铁锰立方尖晶石材料在非均相催化氧化反应中的应用。
[0020]本专利技术的硫化铁锰立方尖晶石材料可有效降低过一硫酸盐等氧化剂的活化能，实现有机污染物的催化氧化降解，更优选为三氯乙烯的降解。
[0021]本专利技术公开了以下技术效果：
[0022]本专利技术采用一步水热反应，将草酸溶液与含有硫代硫酸钠的金属盐混合溶液进行混合反应，制备得到硫化铁锰立方尖晶石材料，该反应条件温和、不涉及有毒有害原材料，且所制备的催化剂稳定、高效、环境友好。
[0023]基于本专利技术制备的硫化铁锰立方尖晶石材料具有更快的电子转移和更短的离子传递路径，可有效促进尖晶石结构中Fe与Mn离子之间的相互作用。此外，通过Fe
‑
S和Mn
‑
S键向氧化剂分子传递电子，可有效降低过一硫酸盐等氧化剂的活化能，实现有机污染物的高效去除。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0025]图1为本专利技术实施例1制备的硫化铁锰立方尖晶石材料的X射线衍射表征结果；
[0026]图2为本专利技术实施例1制备的硫化铁锰立方尖晶石材料的扫描电子显微镜表征结果；
[0027]图3为本专利技术实施例1制备的硫化铁锰立方尖晶石材料的高分辨透射电子显微镜表征结果；
[0028]图4为本专利技术实施例1制备的硫化铁锰立方尖晶石材料的X射线光电子能谱表征结果；
[0029]图5为本专利技术实施例1制备的硫化铁锰立方尖晶石材料的电化学阻抗谱图表征结果；
[0030]图6为本专利技术实施例1制备的硫化铁锰立方尖晶石材料催化过一硫酸盐降解挥发性有机污染物三氯乙烯(TCE)的效果验证图；
[0031]图7为本专利技术实施例1制备的硫化铁锰立方尖晶石材料催化过一硫酸盐降解挥发性有机污染物三氯乙烯(TCE)的5次重复利用及重复利用后Fe和Mn的离子浸出率的性能稳定验证图。
具体实施方式
[0032]现详细说明本专利技术的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本专利技术的限制，而应理解为是对本专利技术的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
[0033]应理解本专利技术中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本专利技术。另外，对于本专利技术中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值，以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本专利技术内。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硫化铁锰立方尖晶石材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将草酸溶液与含有硫代硫酸钠的铁锰金属盐混合溶液进行混合反应，反应结束后收集沉淀，得到硫化铁锰立方尖晶石前驱体；对所述硫化铁锰立方尖晶石前驱体进行焙烧处理，得到所述硫化铁锰立方尖晶石材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述混合反应的温度为60℃
‑
80℃；所述焙烧处理的温度为350℃
‑
400℃。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述草酸溶液的浓度为0.45mol/L；所述含有硫代硫酸钠的铁锰金属盐混合溶液中，硫代硫酸钠的浓度为0.30mol/L，...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯美云，徐志强，李佳男，林匡飞，张猛，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：