[发明专利]钾离子掺杂的无定形氧化锰的制备方法及其产品和应用

说明书

本发明公开一种钾离子掺杂的无定形氧化锰的制备方法及其产品和应用，以高锰酸钾为钾源和锰源，双氧水为还原剂和鼓泡剂，在搅拌或超声条件下，将双氧水溶液缓慢加入到高锰酸钾溶液中，至沉淀完全。沉淀经洗涤、干燥、焙烧，得一种钾离子掺杂的无定形氧化锰。该催化剂在草酸模拟废水多相芬顿催化处理过程中，具有很好的芬顿催化氧化活性。本发明催化剂工艺简单，催化性能优异，具有极好的应用前景。

技术领域

本发明涉及纳米材料的制备领域，具体的涉及一种钾离子掺杂的无定形氧化锰的制备方法及其产品和应用。

背景技术

芬顿试剂被广泛应用于处理工业有机废水，但其存在以下缺点：（1）双氧水利用率低，Fe³⁺→Fe²⁺还原速率低，导致有机污染物降解不完全；（2）pH适用范围窄，需要调节至pH=3的酸性条件，增加水处理成本；（3）加入的铁会存在于水溶液或泥浆中，增加了后续处理的难度与成本。

多相芬顿反应过程中，双氧水在催化剂表面分解生成强氧化性羟基自由基，并将吸附于载体表面的有机污染物降解。整个反应在固体催化剂表面进行，催化剂可以循环利用，避免了均相芬顿反应产生铁污泥的问题。并且多相芬顿反应pH适用范围较宽，大大降低了废水治理成本。

多相芬顿反应催化剂以铁氧化物、担载型铁氧化物等为主。本发明开发了钾离子掺杂的无定形氧化锰，并应用于多相芬顿反应，得到了优异的有机污染物催化净化效果。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明以草酸为目标污染物，进行锰基催化剂多相芬顿反应研究，本发明目的在于提供一种钾离子掺杂的无定形氧化锰的制备方法，通过对催化剂微观结构的调变，尽可能提高其芬顿催化反应性能。

本发明的再一目的在于：提供一种上述方法制备的钾离子掺杂的无定形氧化锰产品。

本发明的又一目的在于：提供一种上述产品的应用。

本发明目的通过下述方案实现：一种钾离子掺杂的无定形氧化锰的制备方法，其特征在于：以高锰酸钾为钾源和锰源，双氧水为还原剂和鼓泡剂，在搅拌或超声条件下，将双氧水溶液缓慢加入到高锰酸钾溶液中，至沉淀完全。沉淀经洗涤、干燥、焙烧，得一种钾离子掺杂的无定形氧化锰；其中，

所述高锰酸钾，其溶液浓度为10-60g/L；

所述双氧水，其溶液浓度为30%；

所述制备方法的反应条件为，20-60℃反应1-3小时，抽滤、洗涤、50-100℃干燥、200-350℃焙烧。

本发明提供一种钾离子掺杂的无定形氧化锰，其特征在于根据上述所述方法制备得到。

本发明提供一种钾离子掺杂的无定形氧化锰作为催化剂应用于草酸模拟废水多相芬顿催化氧化反应，具有优异的催化活性。

废水处理中的应用：模拟草酸废水初始TOC为360mg/L，加入适量钾离子掺杂的无定形氧化锰，分散均匀后加入双氧水试剂，双氧水投加量为20mL/L。

无定形氧化锰表面富含羟基基团，有利于引发芬顿催化过程中强氧化羟基自由基的产生。钾离子的掺杂可以进一步提高无定形氧化锰的无序度，同时氧化锰中会产生大量的氧空位以达到电荷平衡。K⁺、表面羟基、Mn⁴⁺/Mn³⁺氧化还原对、氧空位等的协同催化，能够显著提高锰基催化剂的芬顿催化氧化性能。该催化剂在草酸模拟废水多相芬顿催化处理过程中，具有很好的芬顿催化氧化活性。本发明催化剂工艺简单，催化性能优异，具有极好的应用前景。

与现有技术相比，本发明具有以下优势：

（1）无定形氧化锰表面富含羟基基团，有利于引发芬顿催化过程中强氧化羟基自由基的产生，提高芬顿催化氧化活性。