[发明专利]钴离子诱导花状钴锰氧化物的制备及其产品和应用

说明书

本发明公开一种钴离子诱导花状钴锰氧化物的制备及其产品和应用，以高锰酸钾为锰源，硝酸钴为钴源，二价钴离子为结构导向剂，水热条件下诱导合成花状钴锰氧化物。该方法制备的花状钴锰氧化物富含氧空位，有利于引发臭氧催化过程中强氧化羟基自由基的产生。花状钴锰氧化物的多级孔结构，有利于吸附水中有机污染物，并将其在表面催化降解，进一步提高催化剂的臭氧催化活性。该催化剂在草酸模拟废水臭氧催化过程中，具有很好的催化氧化活性。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，具体的涉及一种钴离子诱导花状钴锰氧化物的制备及其产品和应用。

背景技术

目前氧化技术如光催化、臭氧氧化、芬顿反应、湿式催化氧化等，是一种有效降解废水中难降解有机污染物的技术手段。其中，臭氧氧化技术具有氧化能力强、反应速度快，无二次污染、清洁环保，可现场制造臭氧、无需储运等特点，在水处理方面应用非常广泛。

多相臭氧氧化过程中，臭氧在催化剂存在的情况下，产生大量强氧化性羟基自由基，能够将废水中的有机物直接氧化，达到降解的目的。与臭氧直接氧化相比，基于羟基自由基的多相臭氧氧化反应速度更快，且不具选择性，能够高效降解大部分难降解有机污染物。

常用的臭氧氧化催化剂有金属氧化物，如MnOx、FeOx、TiO₂、CoOx等，和担载型金属氧化物，常用Al₂O₃、沸石、活性炭等作为载体。因此，提高臭氧催化效率的根本在于提高金属氧化物的臭氧活化能力。MnOx具有较高的臭氧催化性能，同时锰的可变价态最多，适当的调变MnOx微观结构，有望实现其多相臭氧催化性能的显著提高。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明目的在于提供一种钴离子诱导花状钴锰氧化物的制备方法。

本发明的再一目的在于：提供一种上述方法制备的钴离子诱导花状钴锰氧化物产品。

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：一种钴离子诱导花状钴锰氧化物的制备方法，其特征在于：以高锰酸钾为锰源，硝酸钴为钴源，二价钴离子为结构导向剂，水热条件下诱导合成花状钴锰氧化物；其中，

所述高锰酸钾与硝酸钴的质量比为1:1–1:1.5；

所述高锰酸钾，其溶液浓度为30–60g/L；

所述硝酸钴，其溶液浓度为40–90g/L；

所述水热条件为，100-150℃水热反应18-30小时，制得钴离子诱导花状钴锰氧化物。

具体包括如下步骤：

（1）按上述比例称取高锰酸钾和硝酸钴，分别溶于35mL去离子水中，得到充分混合溶液；

（2）将上述溶液充分混合，转移至聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，100-150℃水热反应18-30小时。所得沉淀抽滤、洗涤、50-100℃干燥，得钴离子诱导花状钴锰氧化物（K_σCo_(1+δ)Mn_(2-δ)O_x，0＜σ≤0.2，0＜δ≤0.2）。

本发明提供一种钴离子诱导花状钴锰氧化物，根据上述所述方法制备得到。

本发明提供一种钴离子诱导花状钴锰氧化物作为催化剂应用于草酸模拟废水臭氧催化反应。

其中，模拟草酸废水初始TOC为130 mg/L，加入适量花状钴锰氧化物，分散均匀后通臭氧，臭氧发生器产生的臭氧量为300 mL/min。