[发明专利]一种三维花球状的β-二氧化锰及其制备方法和应用

说明书

本发明属于材料合成领域，公开了一种三维花球状的β‑二氧化锰及其制备方法和应用。制备方法包括以下步骤：将过硫酸铵均匀溶解于氢氧化钠溶液中，然后在搅拌下，加入硝酸锰，在室温有空气存在的条件下反应12‑36h，将得到的产物经过分离、洗涤、干燥后得到三维花球状的δ‑二氧化锰前驱体，而后将之焙烧即可得到由纳米片组装成的三维花球状的β‑二氧化锰。本发明在温和条件下经过拓扑转化制备了具有较大比表面积的三维花球状的β‑MnO₂，制备的β‑MnO₂催化剂用于用于低温脱硝和室温甲醛催化消除，表现出良好的催化性能。

技术领域

本发明属于材料合成领域，尤其涉及一种三维花球状的β-二氧化锰及其制备方法和应用。

背景技术

空气污染已成为严重影响人们身体健康的重要问题。从宏观大气环境角度看，来自于汽车尾气或者工业废气中的氮氧化物(NO_x)是重要的污染源之一。采用催化的方式，选择性催化还原(SCR)的脱硝技术，是目前脱硝最为经济和高效的手段。目前商用的SCR催化剂是V₂O₅/TiO₂系催化剂，其活性温窗是300～400℃，在低温段的活性和选择性不高。因此，开发在低温段和中高温段拥有良好脱硝活性的SCR催化剂，弥补传统钒系催化剂的不足，具有十分重要的现实意义。

从微观居室空气环境看，尽管涂料和胶黏剂的绿色化，无溶剂化是国内市场发展的主流，但不可否认，由于绿色水性的涂料和胶黏剂的价格或者性能的限制，其广泛应用尚待时日。在此背景下，家庭或者办公场所的室内装修往往带来甲醛超标的问题。而且，由于甲醛的排放特征是低浓度长期排放(来自某些家具或者装修板材的甲醛排放可长达5-10年)，这严重污染居室空气和人体健康。因此研发一种能够在室温条件下具有良好的甲醛消除性能的催化剂具有重要的研究价值。据报道，二氧化锰系催化剂具有良好的甲醛消除能力(化学进展,2019,31(Z1):311)。二氧化锰的催化性能与其制备工艺密切相关，这是因为不同的制备工艺条件下(反应原料：不同的锰盐或者氧化剂或者还原剂，反应温度，反应原料配比，反应pH值，酸性反应条件时酸的类型，添加的其他金属离子或者表面活性剂等)得到的氧化锰的晶型(如α，β，γ，δ，λ-MnO₂等)，乃至同一种晶型的形貌都会有巨大的差别，从而影响其催化性能。在二氧化锰的诸多晶型中，β-MnO₂一般具有较小的比表面积和孔道结构(1*1孔道)，其常规形貌为多为不规则的纳米棒(化工新型材料,2017,45(03):160)或者双锥棱(Nano Energy 48(2018)301)，纳米片的形貌比较罕见，这是由其自身的内在结构决定的。纳米片结构的材料一般具有较大的比表面积和较多的表面缺陷，往往表现出良好的催化性能，是研究关注的热点。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种三维花球状的β-二氧化锰(β-MnO₂)的制备方法；该方法是在温和条件下经过拓扑转化制备了具有较大比表面积的由纳米片组装成的三维花球状的β-MnO₂。

本发明的再一目的在于提供一种由上述制备方法制备得到的三维花球状的β-二氧化锰。

本发明的又一目的在于提供一种上述三维花球状的β-二氧化锰的应用，可用于低温脱硝和室温甲醛催化消除，表现出良好的催化性能。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种三维花球状的β-二氧化锰的制备方法，其特征在于包括以下步骤：将过硫酸铵均匀溶解于氢氧化钠溶液中，然后在搅拌下，加入硝酸锰，在室温有空气存在的条件下反应12-36h，将得到的产物经过分离、洗涤、干燥后得到三维花球状的δ-二氧化锰前驱体，而后将之焙烧即可得到三维花球状的β-二氧化锰。

所述硝酸锰与过硫酸铵的摩尔比为1:(1.2～2.5)。

所述氢氧化钠溶液的摩尔浓度为0.1～0.2mol/L。