一种OMS-2催化材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种OMS‑2催化材料及其制备方法与应用。所述制备方法包括：使碳酸锰和添加剂的固体混合物于300～500℃煅烧1～5h，然后以含钾盐的酸溶液对煅烧后的固体混合物于50～100℃进行酸处理0.1～12h，获得OMS‑2催化材料。本发明专利技术制备的OMS‑2催化材料具有单一α‑MnO

An OMS-2 catalytic material and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种OMS-2催化材料及其制备方法与应用
本专利技术属于纳米材料及催化材料
，具体涉及一种OMS-2催化材料及其制备方法与应用。
技术介绍
二氧化锰是一种常用的氧化材料，其具有α、β、γ、δ等多种晶型和体相结构，使其成为了应用潜力巨大的无机矿物材料之一。二氧化锰八面体分子筛OMS-2是近年来发现的一种人工合成的一维隧道结构α-MnO2纳米材料。OMS-2由2×2共边共角的MnO6结构单元组成，孔径大小为0.46nm。OMS-2具有弱的表面酸碱性、丰富的表面氧物种、优异的结构稳定性和易于离子交换等性质，所以其在导电、吸附、离子交换和催化等方面表现出了优异的的特性。而且，OMS-2体相内同时存在Mn4+、Mn3+和Mn2+等不同价态的锰物种，在氧化条件下其易于发生快速的电子转移和传递，从而使其近年来作为催化材料，广泛应用在氧化转化过程中。OMS-2的制备方法很多，包括回流法、水热法、微波法、超声波法和固相合成法等等，制备原料都是使用高锰酸钾对其他二价锰盐的氧化还原反应，或者是以高锰酸钾作为原料，通过还原试剂对其进行还原反应制备获得。例如专利CN102476831A中公布了一种使用离子液体还原高锰酸钾制备OMS-2的方法；专利CN104016413A中公布一种使用醛类化合物还原高锰酸钾制备OMS-2的方法；专利CN105478105A中公布了一种使用高锰酸钾和醋酸锰制备OMS-2的方法；专利CN105797716A中公布了一种使用高锰酸钾和硫酸锰反应制备OMS-2的方法；专利CN108840368A中公布了一种高锰酸钾和无机酸通过微波反应制备OMS-2的方法。尽管，近年来许多文献和专利报道了OMS-2的制备方法，但都要使用高锰酸钾作为原料或者原料之一，而高锰酸钾不但价格较贵，而且在我国属于易制毒化学品，在采购和使用上受到严格的限制和监管，往往难以获得，因此使用高锰酸钾的制备方法具有一定门槛，因而缺乏规模化生产的潜力。目前，使用非高锰酸钾化合物制备OMS-2材料是目前亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种OMS-2催化材料及其制备方法与应用，以克服现有技术的不足。为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：本专利技术实施例提供了一种OMS-2催化材料的制备方法，其包括：使碳酸锰和添加剂的固体混合物于300～500℃煅烧1～5h，然后以含钾盐的酸溶液对煅烧后的固体混合物于50～100℃进行酸处理0.1～12h，获得OMS-2催化材料。本专利技术实施例还提供了前述方法制备的OMS-2催化材料，所述OMS-2催化材料呈纳米棒状结构，所述OMS-2催化材料具有单一α-MnO2晶相，比表面积为100～215m2/g，孔容为0.60～0.90cm3/g。本专利技术实施例还提供了前述OMS-2催化材料在降解水体中有机污染物中的应用。本专利技术实施例还提供了一种降解水体中有机污染物的方法，其包括：提供前述的OMS-2催化材料；在以过硫酸盐为过氧化剂的体系中，使所述OMS-2催化材料与水体中有机污染物接触，实现有机污染物的降解；与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：本专利技术制备的OMS-2催化材料具有单一α-MnO2晶相，高于100m2/g的比表面积和增大的孔容等优点；本专利技术提供的制备方法，操作简单，制备路线绿色环保，原料廉价易得，重复性好，便于规模化生产，同时本专利技术提供的OMS-2催化材料在以过硫酸盐为氧化剂的体系中，能够高效氧化降解水体中多种有机污染物。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例1制备的OMS-2催化材料的SEM谱图；图2是本专利技术实施例2制备的OMS-2催化材料的TEM谱图；图3是本专利技术实施例3制备的OMS-2催化材料的SEM谱图；图4是本专利技术实施例4制备的OMS-2催化材料的XRD谱图；图5是本专利技术实施例5制备的OMS-2催化材料的SEM谱图；图6是本专利技术实施例6制备的OMS-2催化材料的SEM谱图；图7是本专利技术实施例7制备的OMS-2催化材料的SEM谱图；图8是本专利技术实施例8制备的OMS-2催化材料的XRD谱图；图9是本专利技术实施例9制备的OMS-2催化材料的SEM谱图。具体实施方式鉴于现有技术的缺陷，本案专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出本专利技术的技术方案，其主要是使用碳酸锰代替高锰酸钾作为OMS-2的制备原料，同添加剂经过固相球磨后，再经酸处理制得单一α-MnO2晶相的OMS-2催化材料。本专利技术实施例的一个方面提供了一种OMS-2催化材料的制备方法，其包括：在空气气氛下，使包含有碳酸锰和添加剂的均匀混合反应体系于300～500℃煅烧1～5h，然后以含钾盐的硝酸溶液对煅烧后的固体混合物进行酸处理，获得OMS-2催化材料。在一些较为具体的实施例当中，所述制备方法具体包括：将碳酸锰、添加剂混合均匀后进行球磨处理，形成所述的均匀混合反应体系。进一步的，所述球磨处理的速度为500～700r/min，时间10～30min。在一些较为具体的实施例当中，所述酸处理包括：将煅烧后的固体混合物与含钾盐的硝酸溶液混合均匀，于50～100℃搅拌处理0.1～12h，获得所述OMS-2催化材料。在一些实施例中，所述添加剂包括醋酸钾、草酸钾、草酸氢钾、碳酸钾、碳酸氢钾、草酸、硝酸钾、亚硝酸钾、氢氧化钾、硫酸钾、磷酸钾、磷酸二氢钾中的任意一种或两种以上的组合，且不限于此。进一步的，所述钾盐包括醋酸钾、草酸钾、碳酸钾、碳酸氢钾、硝酸钾、亚硝酸钾、氢氧化钾、硫酸钾、磷酸钾、磷酸二氢钾中的任意一种或两种以上的组合，且不限于此。进一步的，所述酸溶液包括硝酸溶液、盐酸溶液、磷酸溶液中的任意一种，且不限于此。更进一步的，所述酸溶液优选为硝酸溶液。进一步的，所述碳酸锰与添加剂的质量比为1:0.01～1:1。进一步的，所述钾盐与煅烧后的固体混合物的质量比为0.01:1～1:1；进一步的，所述酸溶液的浓度为0.1～1.5mol/L。在一些实施例中，所述制备方法还包括：在所述酸处理完成后，对所获得的混合物进行过滤、洗涤和干燥处理，获得所述OMS-2催化材料。进一步的，所述干燥处理的温度为80～150℃，时间为5～10h。更进一步的，在更为具体的典型实施例方案中，所述OMS-2催化材料的制备方法包括：(1)将碳酸锰、添加剂混合均匀后进行球磨处理，之后于300～500℃煅烧1～5h；(2)将煅烧后的固体混合物与含钾盐的硝酸溶液混合均匀，于50～100℃搅拌处理0.1～12h；(3)将上述搅拌后的混本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种OMS-2催化材料的制备方法，其特征在于包括：/n使碳酸锰和添加剂的固体混合物于300～500℃煅烧1～5h；/n以含钾盐的酸溶液对煅烧后的固体混合物于50～100℃进行酸处理0.1～12h，获得OMS-2催化材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种OMS-2催化材料的制备方法，其特征在于包括：
使碳酸锰和添加剂的固体混合物于300～500℃煅烧1～5h；
以含钾盐的酸溶液对煅烧后的固体混合物于50～100℃进行酸处理0.1～12h，获得OMS-2催化材料。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于具体包括：将碳酸锰、添加剂混合均匀后进行球磨处理，获得所述的固体混合物；优选的，所述球磨处理的速度为500～700r/min，时间10～30min。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述添加剂包括醋酸钾、草酸钾、草酸氢钾、碳酸钾、碳酸氢钾、草酸、硝酸钾、亚硝酸钾、氢氧化钾、硫酸钾、磷酸钾、磷酸二氢钾中的任意一种或两种以上的组合。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碳酸锰与添加剂的质量比为1:0.01～1:1。


5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钾盐包括醋酸钾、草酸钾、碳酸钾、碳酸氢钾、硝酸钾、亚硝酸钾、氢氧化钾、硫酸钾、磷酸钾、磷酸二氢钾中的任意一种或两种以上的组合；
和/或，所述酸溶液包括硝酸溶液、盐酸溶液、磷酸溶液中的任意一种；优选为硝酸溶液。


6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钾盐与煅烧后的固体混合物的质量比为0.01:1～1:1；
和/或，所述酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟旭，赵培庆，毕秀茹，姚楠，陈革新，苟明霞，王金梅，
申请(专利权)人：中国科学院兰州化学物理研究所，中国科学院兰州化学物理研究所苏州研究院，
类型：发明
国别省市：甘肃;62