【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及污染物催化，尤其涉及一種中空結(jié)構(gòu)二氧化錳納米纖維催化劑及其制備方法和應(yīng)用。
技術(shù)介紹
1、新污染物(emerging?contaminants，簡稱ecs)是一類在環(huán)境中微量或痕量存在，但對生物以及生態(tài)環(huán)境造成潛在威脅的污染物。隨著分析檢測方法與技術(shù)的不斷更新迭代，其在水環(huán)境中已經(jīng)被廣泛檢出且對生態(tài)環(huán)境構(gòu)成潛在的危害。高級氧化技術(shù)可以產(chǎn)生多種高氧化電位的活性氧物種，如羥基自由基，在新污染物的深度礦化中具有顯著的優(yōu)勢。過氧乙酸作為一種氧化電位適中、環(huán)境友好的氧化劑，且基于過氧乙酸的高級氧化技術(shù)可產(chǎn)生包括烷氧自由基在內(nèi)的多種活性氧物種，是高級氧化領(lǐng)域的一個(gè)重要分支。其中，特別值得注意的是在異相催化領(lǐng)域，污染物的去除往往更加依賴氧化劑與污染物在催化劑表面的界面反應(yīng)。因此，構(gòu)建高效穩(wěn)定的微觀反應(yīng)環(huán)境是制備環(huán)境催化材料的目標(biāo)，也是實(shí)現(xiàn)活性氧物種高效利用所面臨的挑戰(zhàn)。
2、由于具有較高的催化活性和較低生物毒性，錳氧化物被廣泛應(yīng)用于非均相高級氧化體系的研究中。然而，錳氧化物催化劑仍然存在合成過程復(fù)雜、化學(xué)穩(wěn)定性差和催化效率低等缺點(diǎn)。納米顆粒之間存在的靜電力、范德華力和一些顆粒之間可能存在的化學(xué)鍵作用也會(huì)使其發(fā)生團(tuán)聚，從而降低了催化效率，并且難以從環(huán)境中回收。解決這一問題的策略之一是通過載體效應(yīng)，將納米催化劑固定在載體模板上。碳材料因具有穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，通常作為載體解決上述納米催化劑存在的團(tuán)聚效應(yīng)。其中，碳纖維作為載體已被廣泛應(yīng)用于環(huán)境、能源、催化領(lǐng)域，由于其具有較大的比表面積和可修飾性，是理想的載體選擇，為構(gòu)建催化反
3、因此，以碳纖維作為模板構(gòu)建錳氧化物催化劑，實(shí)現(xiàn)納米催化劑可控生長的同時(shí)提高催化劑的利用效率，具有重要的意義。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的在于為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種中空結(jié)構(gòu)二氧化錳納米纖維催化劑及其制備方法和應(yīng)用，以達(dá)到提高過氧乙酸的活化效能及對新污染物的高效去除的目的。
2、為了實(shí)現(xiàn)上述專利技術(shù)目的，本專利技術(shù)提供以下技術(shù)方案：
3、本專利技術(shù)提供了一種中空結(jié)構(gòu)二氧化錳納米纖維催化劑的制備方法，包含如下步驟：
4、1)將乙酰丙酮錳、n,n-二甲基甲酰胺和聚丙烯腈混合，得到前驅(qū)體溶液；
5、2)將前驅(qū)體溶液進(jìn)行靜電紡絲后干燥，得到金屬-聚合物納米纖維膜；
6、3)金屬-聚合物納米纖維膜順次進(jìn)行預(yù)氧化處理、高溫?zé)峤猓玫絤n/n-碳納米纖維；
7、4)mn/n-碳納米纖維和高錳酸鉀混合后研磨，得到混合物；混合物、水和濃硫酸進(jìn)行反應(yīng)，得到中空結(jié)構(gòu)二氧化錳納米纖維催化劑。
8、作為優(yōu)選，步驟1)所述乙酰丙酮錳和聚丙烯腈的質(zhì)量比為1.3～1.5：2；乙酰丙酮錳和n,n-二甲基甲酰胺的質(zhì)量體積比為1.3～1.5g：20ml；混合的時(shí)間為10～14h，混合在攪拌條件下進(jìn)行，攪拌的轉(zhuǎn)速為800～1200rpm。
9、作為優(yōu)選，步驟2)所述靜電紡絲的電壓為13～17kv，靜電紡絲的過程中，前驅(qū)體溶液的推進(jìn)速度為0.8～1.2ml/h，接收距離為13～17cm，相對濕度≤50％；
10、所述干燥的溫度為55～65℃，干燥的時(shí)間為10～14h。
11、作為優(yōu)選，步驟3)所述預(yù)氧化處理的溫度為180～220℃，預(yù)氧化處理的時(shí)間為1.7～2.5h，升溫至預(yù)氧化處理溫度的升溫速率為8～12℃/min。
12、作為優(yōu)選，步驟3)所述高溫?zé)峤獾臏囟葹?70～830℃，高溫?zé)峤獾臅r(shí)間為1.7～2.5h，升溫至高溫?zé)峤鉁囟鹊纳郎厮俾蕿?～6℃/min，高溫?zé)峤庠诘獨(dú)夥諊逻M(jìn)行。
13、作為優(yōu)選，步驟4)所述mn/n-碳納米纖維和高錳酸鉀的質(zhì)量比為1：4～8，mn/n-碳納米纖維、水和濃硫酸的質(zhì)量體積比為0.2g：75～85ml：3～5ml。
14、作為優(yōu)選，步驟4)所述研磨的時(shí)間為18～22min，所述濃硫酸的質(zhì)量濃度為97～99％，所述反應(yīng)的溫度為75～85℃，反應(yīng)的時(shí)間為3.5～4.5h。
15、作為優(yōu)選，步驟4)所述反應(yīng)完成后得到懸浮液，懸浮液順次進(jìn)行洗滌、干燥，得到中空結(jié)構(gòu)二氧化錳納米纖維催化劑；所述洗滌的試劑為水，所述干燥的溫度為47～53℃，干燥的時(shí)間為10～14h。
16、本專利技術(shù)還提供了所述的制備方法制備得到的中空結(jié)構(gòu)二氧化錳納米纖維催化劑。
17、本專利技術(shù)還提供了所述的中空結(jié)構(gòu)二氧化錳納米纖維催化劑在活化過氧乙酸降解新污染物中的應(yīng)用。
18、本專利技術(shù)的有益效果包括以下幾點(diǎn)：
19、1)本專利技術(shù)所使用的mn/n-碳納米纖維模板具有結(jié)構(gòu)均一，元素分布均勻等特點(diǎn)，有利于進(jìn)一步化學(xué)修飾，為后續(xù)mno2的定向生成提高良好的載體環(huán)境。
20、2)本專利技術(shù)制備的mno2@mn-cnf催化劑具有鮮明的中空結(jié)構(gòu)，且生成的mno2納米棒沿著碳纖維的性質(zhì)呈定向生長的狀態(tài)，解決了二氧化錳納米顆粒容易團(tuán)聚的缺陷。
21、3)本專利技術(shù)制備的mno2@mn-cnf催化劑最大限度的利用了mno2納米棒的有效活性位點(diǎn)，同時(shí)中空結(jié)構(gòu)形成的納米限域效應(yīng)，有利于后續(xù)過氧乙酸的活化及污染物的快速降解。
本文檔來自技高網(wǎng)...【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種中空結(jié)構(gòu)二氧化錳納米纖維催化劑的制備方法，其特征在于，包含如下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟1)所述乙酰丙酮錳和聚丙烯腈的質(zhì)量比為1.3～1.5：2；乙酰丙酮錳和N,N-二甲基甲酰胺的質(zhì)量體積比為1.3～1.5g：20mL；混合的時(shí)間為10～14h，混合在攪拌條件下進(jìn)行，攪拌的轉(zhuǎn)速為800～1200rpm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，步驟2)所述靜電紡絲的電壓為13～17kV，靜電紡絲的過程中，前驅(qū)體溶液的推進(jìn)速度為0.8～1.2mL/h，接收距離為13～17cm，相對濕度≤50％；
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，步驟3)所述預(yù)氧化處理的溫度為180～220℃，預(yù)氧化處理的時(shí)間為1.7～2.5h，升溫至預(yù)氧化處理溫度的升溫速率為8～12℃/min。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，步驟3)所述高溫?zé)峤獾臏囟葹?70～830℃，高溫?zé)峤獾臅r(shí)間為1.7～2.5h，升溫至高溫?zé)峤鉁囟鹊纳郎厮俾蕿?～6℃/min，高溫?zé)峤庠诘獨(dú)夥諊逻M(jìn)行。
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