一种Zn制造技术

本发明专利技术公开了一种Zn

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及纳米材料
，尤其涉及一种Zn2+掺杂MnO2基催化剂纳米棒及其合成方法。
技术介绍
大气环境作为人类生存和发展的重要因素，受到人们广泛的重视。空气质量不仅关系着人们的生活与安全，而且已成为评价一个城市健康发展的重要指标。随着国家工业的迅速发展，自然资源的过渡开发与利用，人类的活动已对大气环境造成了不可估量的污染与破坏，严重地影响了人们的健康与区域经济的发展，因此对大气污染的治理工作刻不容缓。挥发性有机物(VOCs)作为我国工业高速发展的副产物，不仅对生态环境造成污染(如生成为光化学烟雾、破环臭氧层和二次有机气溶胶(SOA))，而且严重威胁人类健康(如呼吸疾病等)。国家已经在“十二五规划”中把开展挥发性有机化合物(VOCs)防治工作作为大气污染联防联控工作的重要部分。因此，我们亟需要发展有效的技术来处理挥发性有机污染物。在过去几十年中，以吸附法、光催化法以及热催化氧化法为代表的VOCs治理技术得到了长足的发展，取得了一定的成效，同时也存在一定问题。如以活性炭为代表的吸附技术，尽管其能耗低，脱除效率高，但其吸附选择性差，吸附易饱和且不易脱附，容易造成二次污染，极大地限制其进一步应用。以TiO2半导体为代表的光催化技术，虽然有很多研究者将其响应范围拓宽到可见区，但是传统的光催化机理研究表明，很难进一步提高其量子效率，而TiO2在使用过程中，其表面容易碳积、失活，因此光催化氧化VOCs技术的应用仍然是一个漫长的过程。热催化氧化技术由于具有处理废气效率高、没有二次污染以及不存在吸附饱和等优点，受到人们广泛的重视。但是，目前使用较广泛的高效热催化剂主要为负载贵金属，由于贵金属资源的紧缺，经济成本高，因此我们有必要研究廉价易得、高活性且能够代替贵金属使用的催化剂。二氧化锰(MnO2)催化剂广泛存在于自然界中，由于其价格低廉易得，环境友好，受到人们广泛关注。在一系列二氧化锰晶型中，隐钾锰矿(KMn8O16，OMS-2，α-MnO2)和水钠锰矿(OL-1，δ-MnO2)是常见的结构。OMS-2和OL-1为MnO6八面体链状结构以不同连接形式形成的锰氧化合物，其中在OMS-2形成2×2孔道结构，而在OL-1中则形成二维(2D)层状结构。由于它们独特的性能如孔结构、混合价态(3+,4+)、容易释放晶格氧等[12]，OMS-2和OL-1催化材料已经广泛应用于选择性催化合成有用的化学产品、催化氧化有机污染物、水氧化催化等领域。虽然MnO2基催化材料廉价易得，但是许多因素如比表面积、酸碱度、疏水性和还原能力等在一定程度上影响其催化活性，如何增强其催化活性而替代贵金属负载催化剂使用是目前面临的重要挑战。一方面，通过掺入过渡金属以及碱金属到隐钾锰矿(OMS-2)骨架或孔道中来提高其催化活性，受到人们重视。有研究表明，当掺入Mo，V，Cu以及Fe等过渡金属元素到OMS-2的骨架中,能够引起其形貌从纳米棒变成空心球，从而导致其比表面积的增加。当掺入碱金属Li+和Cs+到OMS-2的孔道中，能够增加其表面碱度以及增强其还原能力。但是上述方法存在最大的问题是催化活性提高幅度以及本征活性提高不明显。另一方面通过降低颗粒尺寸、增加表面积以及控制形貌的方法也是重要的手段。但是这些方法本征反应活性提高也不大。层状水钠锰矿OL-1在催化VOCs应用方面研究不多，目前有报道表明纳米结构的OL-1的催化活性依赖于其形貌、颗粒尺寸、表面积以及催化剂表面还原能力。但是相比孔道结构OMS-2催化材料，用来提高OL-1催化活性的方法策略的研究文献却比较少，我们有必要发展一种策略来提高OL-1的催化活性，从而使层状水钠锰矿OL-1能够替代贵金属负载催化剂使用。基于此，本专利技术从MnO2独特的物理化学性能出发,针对如何提高MnO2基催化剂催化氧化VOCs活性问题，在高活性MnO2基催化剂微结构的调控、掺杂以及催化净化性能方面开展了深入研究，以期得到能够与贵金属负载催化剂相媲美的催化能力。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种成本低廉、可控性好、高洁净质量的Zn2+掺杂MnO2基催化剂纳米棒及其合成方法。本专利技术的一种Zn2+掺杂MnO2基催化剂纳米棒，直径为1～10纳米，长度为10-200纳米，晶型为α-MnO2。通过Zn2+溶液和高锰酸盐在一定温度下发生温和的水热氧化还原反应。包括以下步骤：1)将4.3422单位的Zn2+化合物溶于一定量的蒸馏水中,然后将4.7412单位的高锰酸盐迅速加到上述溶液中；2)在磁力搅拌机下搅拌，搅拌温度为90-120℃，直到高锰酸盐完全溶解；3)将上述溶液转移到装有100mL的聚四氟乙烯内胆的不锈钢反应釜中，在惰性保护气氛下加热到100-200℃，保温1-36小时；4)待反应结束，将反应釜取出并在室温下冷却；5)将反应后的产物离心分离，用蒸馏水反复洗涤，然后在红外灯下烘干，得到Zn2+掺杂MnO2基催化剂纳米棒。本专利技术所述的Zn2+化合物为可溶于水的硫酸锌、硝酸锌或氯化锌等。本专利技术所述的高锰酸盐为高锰酸锂、高锰酸钠、高锰酸钾、高锰酸铵、高锰酸钙、高锰酸钡、高锰酸锌、高锰酸镁、高锰酸汞、高锰酸镉、高锰酸铷等。本专利技术所述的惰性保护气体是纯度为99％以上的氩气和氮气。附图说明图1：本专利技术的一种Zn2+掺杂MnO2基催化剂纳米棒的TEM和HRTEM；图2：XPS全光谱图；图3：N2吸附-脱附等温曲线。具体实施方式一下为采用本专利技术方法合成Zn2+掺杂MnO2基催化剂纳米棒的实例，本专利技术并不限于这些实施例。实施例11)将4.3422g的Zn(NO3)2溶于40ml的蒸馏水中,然后将4.7412g的KMnO4迅速加到上述溶液中；2)在磁力搅拌机下搅拌，搅拌温度为90℃，直到高锰酸盐完全溶解；3)将上述溶液转移到装有100mL的聚四氟乙烯内胆的不锈钢反应釜中，在纯度为99％以上的氩气和氮气的惰性保护气氛下加热到120℃，保温36小时；4)待反应结束，将反应釜取出并在室温下冷却；5)将反应后的产物离心分离，用蒸馏水反复洗涤，然后在红外灯下烘干，得到Zn2+掺杂MnO2基催化剂纳米棒。将得到的产物进行TEM电镜拍照(见图1)，从图中可以看出，纳米棒直径为10-20纳米，长度为10-100纳米。对产物进行XPS测试，测试结果见图2，从图中可知纳米棒中锌元素的信号很强，证明锌元素确实掺杂进入MnO2基催化剂OMS-2纳米棒。从图3可知，该产物对于挥发性有机化合物(VOCs)具有有效的吸附作用，广泛到空气净化领域。实施例21)将4.3422g的Zn(NO3)2溶于40ml的蒸馏水中,然后将4.7412g的MgMnO4迅速加到上述溶液中；2)在磁力搅拌机下搅拌，搅拌温度为90℃，直到高锰酸盐完全溶解；3)将上述溶液转移到装有100mL的聚四氟乙烯内胆的不锈钢反应釜中，在纯度为99％以上的氩气和氮气的惰性保护气氛下加热到160℃，保温36小时；4)待反应结束，将反应釜取出并在室温下冷却；5)将反应后的产物离心分离，用蒸馏本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Zn2+掺杂MnO2基催化剂纳米棒，其特征在于：该纳米棒直径为1～10纳米，长度为10‑200纳米，晶型为α‑MnO2。

【技术特征摘要】
1.一种Zn2+掺杂MnO2基催化剂纳米棒，其特征在于：该纳米棒直径为1～10纳米，长度为10-200纳米，晶型为α-MnO2。
2.一种如权利要求1所述的Zn2+掺杂MnO2基催化剂纳米棒的合成方法，其特征在于：通过Zn2+溶液和高锰酸盐在一定温度下发生温和的水热氧化还原反应。包括以下步骤：
1)将4.3422单位的Zn2+化合物溶于一定量的蒸馏水中,然后将4.7412单位的高锰酸盐迅速加到上述溶液中；
2)在磁力搅拌机下搅拌，搅拌温度为90-120℃，直到高锰酸盐完全溶解；
3)将上述溶液转移到装有100mL的聚四氟乙烯内胆的不锈钢反应釜中，在惰性保护气氛下加热到100-200℃，保温1-36小时；
4)待反应结束，...

【专利技术属性】
技术研发人员：施雷，
申请(专利权)人：苏州都尚生活电器有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32