一種四氧化三鈷負載磷酸錳催化劑及其制備方法和應用技術

本發明專利技術提供了一種四氧化三鈷負載磷酸錳催化劑及其制備方法和應用，本發明專利技術將溶劑法合成的磷酸錳分散于鈷鹽溶液中，在劇烈攪拌下逐滴加入強堿溶液，離心收集沉淀物，并在空氣中高溫煅燒，即得到制備成Co3O4@Mn3(PO4)2納米復合非均相催化劑，顆粒大小僅有20

【技術實現步驟摘要】
一種四氧化三鈷負載磷酸錳催化劑及其制備方法和應用


[0001]本專利技術屬于納米材料
，尤其涉及一種四氧化三鈷負載磷酸錳(Co3O4@Mn3(PO4)2)催化劑及其制備方法和應用。

技術介紹

[0002]磺胺類有機污染物以其極好的抗菌性和穩定性，廣泛應用于畜牧業和人類醫學中，近年來，濫用抗生素導致各種水體中頻繁檢測出磺胺類有機污染物的存在，然而這些污染物具有較強的抗菌性和水溶性，很難通過生物法降解，因此通過環境友好的化學方法降解水體中的磺胺類污染物具有十分重要的意義
[0003]通過活化過一硫酸鹽(PMS)產生SO4·
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等活性氧自由基，進行的高級氧化技術，近年來廣泛應用于磺胺類有機污染物降解的研究。PMS可以通過超聲、紫外、熱處理和過渡金屬催化等方法活化分解，在這些方法中，過渡金屬催化以其高效率、低成本、易操作的特性被廣泛應用開發。
[0004]現有技術公開了多種過渡金屬離子降解有機污染物的方法，如2019年8月23日公開的CN110153175A的專利《一種鈷離子催化過一硫酸氫鹽降解土壤中2,2`,4,4`
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四氯聯苯的方法》利用鈷鹽對過一硫酸氫鹽的活化作用，將特定摩爾比的鈷鹽及過一硫酸氫鹽與污染土壤按一定比例放入行星式球磨機進行球磨反應，從而降解土壤中的2,2',4,4'
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四氯聯苯，然而這種均相催化方法有著固有的弊端，一方面是溶解的金屬離子具有毒性，另一方面是催化劑很難回收重復利用。

技術實現思路

[0005]本專利技術的目的在于提供一種四氧化三鈷負載磷酸錳催化劑及其制備方法，制備成Co3O4@Mn3(PO4)2納米復合非均相催化劑，顆粒大小僅有20
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50nm，比表面積大。
[0006]本專利技術還有一個目的在于提供一種四氧化三鈷負載磷酸錳催化劑的應用，用于活化PMS降解有機污染物；催化穩定性強，且催化劑可以回收循環利用，不會引起二次污染。
[0007]本專利技術具體技術方案如下：
[0008]一種四氧化三鈷負載磷酸錳催化劑的制備方法，包括以下步驟：
[0009]a、將磷酸氫二鈉加入到錳鹽溶液中，攪拌反應，產物過濾、洗滌后干燥，得Mn3(PO4)2；
[0010]b、向Mn3(PO4)2的溶液中逐滴加入鈷鹽溶液，攪拌下進行反應，再逐滴滴加強堿溶液，反應后，離心收集獲沉淀，水洗，干燥；
[0011]c、將干燥后的產物在空氣中煅燒，即得四氧化三鈷負載磷酸錳(Co3O4@Mn3(PO4)2)。
[0012]步驟a中，所述磷酸氫二鈉和錳鹽溶液中錳鹽的摩爾比為1:1；
[0013]步驟a中，所述錳鹽溶液濃度為0.03
?
0.09mol/L；
[0014]步驟a中，所述錳鹽選自可溶性錳鹽，優選為MnSO4；
[0015]步驟a中，所述攪拌反應是指室溫下攪拌反應90
±
5min；
[0016]步驟a中，產物過濾后水洗、乙醇交替洗滌，在80
?
120℃干燥20
?
25h；所得產物為Mn3(PO4)2。
[0017]步驟b中，所述鈷鹽為可溶液鈷鹽，優選為Co(NO3)2；
[0018]步驟b中，Mn3(PO4)2的溶液的濃度為0.01
?
0.02M；
[0019]步驟b中，鈷鹽溶液濃度為1
?
2M；
[0020]步驟b中，所述Mn3(PO4)2的溶液和鈷鹽溶液的體積比為12
?
18:1；
[0021]步驟b中，所述攪拌下進行反應，是指攪拌速率400
?
500rmp條件下，反應時間為40
?
50min；
[0022]步驟b中，所述強堿溶液濃度為0.5mol/L；
[0023]步驟b中，所述鈷鹽溶液和強堿溶液體積比為1:4
?
5；
[0024]步驟b中，所述強堿溶液為NaOH溶液；
[0025]步驟b中，加入強堿溶液后，反應2
?
2.5小時；
[0026]步驟b中，所述離心具體為轉速為5000轉，離心時間為10分鐘；離心后水洗三次，干燥，溫度為80
?
120℃，干燥時間為20
?
25小時。
[0027]步驟c中，所述煅燒，升溫速度為5℃/min，升溫到600℃，煅燒時間為2小時。
[0028]本專利技術提供的一種四氧化三鈷負載磷酸錳催化劑，采用上述方法制備得到，Co3O4負載于Mn3(PO4)2表面，制備成Co3O4@Mn3(PO4)2納米復合非均相催化劑，顆粒大小為20
?
50nm，比表面積為15
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20m2/g。
[0029]本專利技術提供的一種四氧化三鈷負載磷酸錳催化劑的應用，用于活化PMS降解有機污染物，尤其用于活化PMS降解磺胺類有機污染物。催化穩定性強，且催化劑可以回收循環利用，不會引起二次污染。
[0030]本專利技術將具有高效催化活性的Co3O4負載于Mn3(PO4)2表面，制備成Co3O4@Mn3(PO4)2納米復合非均相催化劑，顆粒大小僅有20
?
50nm，比表面積大，具有極高的催化PMS降解有機污染物的能力，尤其用于活化PMS降解磺胺類有機污染物，催化劑穩定性強，且可以回收循環利用，不會像均相催化劑一樣引起二次污染。本現有技術相比，本專利技術制備的催化劑材料催化效率高，應用范圍廣，穩定性強，可反復循環使用，有著極大應用前景。
附圖說明
[0031]圖1為本專利技術實施例1所獲得的四氧化三鈷負載磷酸錳納米顆粒掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡圖片；
[0032]圖2為本專利技術實施例1所獲得的四氧化三鈷負載磷酸錳用于活化PMS降解磺胺二甲基嘧啶實驗數據；
[0033]圖3為本專利技術實施例1所獲得的四氧化三鈷負載磷酸錳用于循環5次活化PMS降解磺胺二甲基嘧啶實驗數據；
[0034]圖4為本專利技術實施例1所獲得的四氧化三鈷負載磷酸錳在實際水樣中活化PMS降解磺胺二甲基嘧啶實驗數據，自來水取自南京農業大學自來水管，井水取自江蘇省鹽城市射陽縣，玄武湖水取自南京玄武湖水下1米深處；
[0035]圖5為本專利技術實施例1所獲得的四氧化三鈷負載磷酸錳活化PMS降解各種有機污染物的實驗數據；
[0036]圖6為本專利技術實施例1所獲得的四氧化三鈷負載磷酸錳的XRD和標準卡比對圖。
具體實施方式
[0037]實施例1
[0038]一種四氧化三鈷負載磷酸錳催化劑的制備方法，包括以下步驟：
[0039]a、將3mmol的Na2HPO4加入到100mL濃度為30mM的MnSO4溶液中，在室溫下攪拌90min，過濾后水洗乙醇洗，在90℃干燥24h，得到Mn3(PO4)2；
[0040]b、取1mmol上述制備的Mn3(PO4)2分散在75m本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種四氧化三鈷負載磷酸錳催化劑的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括以下步驟：a、將磷酸氫二鈉加入到錳鹽溶液中，攪拌反應，產物過濾、洗滌后干燥，得Mn3(PO4)2；b、向Mn3(PO4)2的溶液中逐滴加入鈷鹽溶液，攪拌下進行反應，再逐滴滴加強堿溶液，反應后，離心收集獲沉淀，水洗，干燥；c、將干燥后的產物在空氣中煅燒，即得四氧化三鈷負載磷酸錳。2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟a中，所述磷酸氫二鈉和錳鹽溶液中錳鹽的摩爾比為1:1。3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟a中，所述錳鹽溶液濃度為0.03
?
0.09mol/L。4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟a中，所述攪拌反應是指室溫下攪拌90
±
5min。5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟b中，Mn3(PO4)2的溶液的濃度為0.01
?
0.02M；鈷鹽溶液濃度為1
?...

【專利技術屬性】
技術研發人員：周玉曉，蔣卓睿，丁松艷，侯麗麗，劉夢雪，李保軍，肖慧麗，
申請(專利權)人：安徽精公檢測檢驗中心有限公司，
類型：發明
國別省市：