【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于高级氧化技术、材料制备和环境保护领域，涉及一种碳载氧化锰/碳化锰复合催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
1、随着科学技术的不断进步、工业的不断发展以及医疗水平的不断提高，从工厂排出染料废水以及人们日常使用的药物废弃物对生态环境和人们的健康造成了极大的威胁。染料中最具有代表性的是罗丹明b（rhb），其复杂的结构决定了其难降解的性质。基于过氧单硫酸盐（pms）的高级氧化过程可以实现有机污染物的高效去除。所以开发可以快活化pms的非均相催化剂迫在眉睫。
2、过渡金属化合物中的金属离子是一种有效活化过氧单硫酸盐（pms）的候选催化剂。最为常用的过渡金属离子包括：钴离子、铁离子、铜离子、镍离子、锰离子等，其中，对于锰离子催化剂的研究最为广泛。此外，最近的研究表面碳基催化剂包括石墨烯、活性炭、生物炭等同样具有高效活化pms的能力，且碳基材料具有丰富的羟基位点和较大的比表面积，更加有利于在水中吸附有机污染物。因此，将过渡金属化合物负载在碳基材料制备复合催化剂用于过氧单硫酸盐的活化具有重要的研究价值。盐酸多巴胺作为一种生物质材料，具有粘合性、还原性、自聚合性等，可与金属离子形成配位键，也可作为碳源和氮源。因此，将过渡金属离子与盐酸多巴胺复合制备氮掺杂碳载体复合金属化合物的催化剂具有重要的研究意义。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种催化活性高、氧化还原能力强、稳定性好、可循环利用的碳载氧化锰/碳化锰复合催化剂，还提供了一种操作简便
2、为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：
3、一种碳载氧化锰/碳化锰复合催化剂，所述碳载氧化锰/碳化锰复合催化剂包括氧化锰、碳化锰和氮掺杂碳，所述氮掺杂碳作为载体修饰有氧化锰和碳化锰。
4、上述的碳载氧化锰/碳化锰复合催化剂，进一步改进的，所述碳载氧化锰/碳化锰复合催化剂中盐酸多巴胺和四水合氯化锰的前驱体添加量为摩尔比5：1；所述氮掺杂碳载体为纳米球状材料；所述氧化锰和碳化锰为纳米颗粒状材料。
5、上述的碳载氧化锰/碳化锰复合催化剂，进一步改进的，所述碳载氧化锰/碳化锰复合催化剂的煅烧温度为900℃，煅烧时间为2小时，且氮气氛围保护。
6、作为一个总的技术构思，本专利技术提供了一种上述的碳载氧化锰/碳化锰复合催化剂 的制备方法，包括以下步骤：将含锰离子溶液和盐酸多巴胺加入到三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液中，搅拌均匀后离心干燥，得到碳载氧化锰/碳化锰复合催化剂的前驱体粉末。
7、上述的制备方法，进一步改进的，所述三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液的浓度为0.1mol/l，且使用浓盐酸调节其ph值约为8.5；所述盐酸多巴胺和四水合氯化锰的添加量为摩尔比5：1。
8、上述的制备方法，进一步改进的，所述三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液的制备方法包括以下步骤：称取0.6057 g三羟甲基氨基甲烷将其溶于50 ml去离子水中，搅拌均匀，再滴加约123 μl的浓盐酸调节其ph值为8.5；所述盐酸多巴胺的添加量为0.2 g。
9、上述的制备方法，进一步改进的，所述锰离子溶液和盐酸多巴胺加入到三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液中，搅拌24小时。
10、作为一个总的技术构思，本专利技术提供了一种上述的碳载氧化锰/碳化锰复合催化剂 或上述的制备方法制得的碳载氧化锰/碳化锰复合催化剂在处理有机污染物中的应用。
11、上述的应用，进一步改进的，包括以下步骤：将碳载氧化锰/碳化锰复合催化剂与有机污染物水溶液混合，搅拌，添加过氧单硫酸盐后开始活化实验，完成对有机污染物水溶液的处理；所述碳载氧化锰/碳化锰复合催化剂的添加量为每升有机污染物废水中添加碳载氧化锰/碳化锰复合催化剂0.2 g；活化剂过氧单硫酸盐的添加量为0.5 mm。
12、上述的应用，进一步改进的，所述有机污染物废水中的有机污染物为有机染料；所述有机染料为罗丹明b；所述有机污染物废水中有机污染物的初始浓度为0.01 g/l；所述有机污染物废水的初始ph值为2～6；所述碳载氧化锰/碳化锰复合催化剂与有机污染物水溶液混合搅拌时间为30分钟；所述添加过氧单硫酸盐后开始活化实验的时间为10分钟。
13、本专利技术的创新点在于：
14、本专利技术中，氮掺杂碳（n-c）、氧化锰（mno）、碳化锰（mn5c2）具有π-π共轭结构、mn2+、mn3+，可快速高效协同活化过氧单硫酸盐，具有催化活性高、氧化还原能力强等优点；同时，本专利技术中构建的碳载氧化锰/碳化锰复合催化剂可将过一硫酸根离子活化产生硫酸根自由基（so4·-）、过硫酸根自由基（so5·-）、单线态氧（1o2）等，将有机污染物罗丹明b氧化降解为二氧化碳和水。更为重要的是，多价态的锰离子可实现过渡金属锰化合物的多次循环利用；此外，氮掺杂碳载体不仅可以提供自由电子活化过一硫酸根离子，还具有较大比表面积有利于吸附有机污染物。可见，本专利技术碳载氧化锰/碳化锰复合催化剂，是在多价态锰离子和氮掺杂碳载体的协同作用下，活化过一硫酸根离子，产生硫酸根自由基、过硫酸根自由基、单线态氧等活性基团，高效、快速氧化降解有机污染物。
15、与现有技术相比，本专利技术的优点在于：
16、(1)本专利技术提供了一种碳载氧化锰/碳化锰复合催化剂，以氮掺杂碳纳米球为载体，负载氧化锰和碳化锰纳米颗粒，具有催化活性高、氧化还原能力强、稳定性好、可循环利用等优点，能够快速活化过氧单硫酸盐，高效去除废水中的有机污染物（5分钟可去除99%罗丹明b染料），使用价值高，应用前景好。
17、(2)本专利技术还提供了一种碳载氧化锰/碳化锰复合催化剂的制备方法，具有合成方法明确、操作简便、无需苛刻条件和大型设备等优点，适于连续大规模批量生产，便于工业化利用。
18、(3)本专利技术的碳载氧化锰/碳化锰复合催化剂可用于降解水中有机污染物（如染料罗丹明b），具有催化性能稳定、可循环利用、对污染物降解效率高等优点，具有很好的实际应用前景。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种碳载氧化锰/碳化锰复合催化剂，其特征在于，所述碳载氧化锰/碳化锰复合催化剂包括氧化锰、碳化锰和氮掺杂碳，所述氧化锰和碳化锰纳米颗粒负载于氮掺杂碳载体上；所述碳载氧化锰/碳化锰复合催化剂中盐酸多巴胺和四水合氯化锰的前驱体添加量为摩尔比5：1；所述氮掺杂碳载体为纳米球状材料；所述氧化锰和碳化锰为纳米颗粒状材料。
2.根据权利要求1所述的碳载氧化锰/碳化锰复合催化剂，其特征在于，所述碳载氧化锰/碳化锰复合催化剂的煅烧温度为900℃，煅烧时间为2小时，且氮气氛围保护。
3.一种如权利要求1或2所述的碳载氧化锰/碳化锰复合催化剂的制备方法，其特征在于， 包括以下步骤：将含锰离子溶液和盐酸多巴胺加入到三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液中，搅拌均匀后离心干燥，得到碳载氧化锰/碳化锰复合催化剂的前驱体粉末。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液的浓度为0.1 mol/L，且使用浓盐酸调节其pH值约为8.5；所述盐酸多巴胺和四水合氯化锰的添加量为摩尔比5：1。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述三羟
6.根据权利要求3～5中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述锰离子溶液和盐酸多巴胺加入到三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液中，搅拌24小时。
7.一种如权利要求1或2所述的碳载氧化锰/碳化锰复合催化剂或权利要求3～6中任一项所述的制备方法制得的碳载氧化锰/碳化锰复合催化剂在处理有机污染物中的应用。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，包括以下步骤：将碳载氧化锰/碳化锰复合催化剂与有机污染物水溶液混合，搅拌，添加过氧单硫酸盐后开始活化实验，完成对有机污染物水溶液的处理；所述碳载氧化锰/碳化锰复合催化剂的添加量为每升有机污染物废水中添加碳载氧化锰/碳化锰复合催化剂0.2 g；活化剂过氧单硫酸盐的添加量为0.5 mM。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述有机污染物废水中的有机污染物为有机染料；所述有机染料为罗丹明B；所述有机污染物废水中有机污染物的初始浓度为0.01g/L；所述有机污染物废水的初始pH值为2～6；所述碳载氧化锰/碳化锰复合催化剂与有机污染物水溶液混合搅拌时间为30分钟；所述添加过氧单硫酸盐后开始活化实验的时间为10分钟。
...【技术特征摘要】
1.一种碳载氧化锰/碳化锰复合催化剂，其特征在于，所述碳载氧化锰/碳化锰复合催化剂包括氧化锰、碳化锰和氮掺杂碳，所述氧化锰和碳化锰纳米颗粒负载于氮掺杂碳载体上；所述碳载氧化锰/碳化锰复合催化剂中盐酸多巴胺和四水合氯化锰的前驱体添加量为摩尔比5：1；所述氮掺杂碳载体为纳米球状材料；所述氧化锰和碳化锰为纳米颗粒状材料。
2.根据权利要求1所述的碳载氧化锰/碳化锰复合催化剂，其特征在于，所述碳载氧化锰/碳化锰复合催化剂的煅烧温度为900℃，煅烧时间为2小时，且氮气氛围保护。
3.一种如权利要求1或2所述的碳载氧化锰/碳化锰复合催化剂的制备方法，其特征在于， 包括以下步骤：将含锰离子溶液和盐酸多巴胺加入到三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液中，搅拌均匀后离心干燥，得到碳载氧化锰/碳化锰复合催化剂的前驱体粉末。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液的浓度为0.1 mol/l，且使用浓盐酸调节其ph值约为8.5；所述盐酸多巴胺和四水合氯化锰的添加量为摩尔比5：1。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液的制备方法包括以下步骤：称取0.6057 g三羟甲基氨基甲烷将其溶于50 ml去离子水中...
【专利技术属性】
技术研发人员：成媛媛，戚洪彬，臧猛，韩嘉仪，
申请(专利权)人：中国地质大学北京，
类型：发明
国别省市：
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