通式AM2O制造技术

本发明专利技术提供了一种通式AM2O5

【技术实现步骤摘要】
通式AM2O5‑
x
化合物室温下催化过氧化氢的应用


[0001]本专利技术涉及过氧化氢处理
，具体而言，涉及一种通式AM2O5‑
x
化合物作为室温催化分解过氧化氢的催化剂的应用。

技术介绍

[0002]纯过氧化氢是淡蓝色粘稠液体，具有弱还原性和强氧化性，其分解产物为水和氧气，无毒无害且不会给体系引入杂质。因此过氧化氢作为一种多样化应用的化工产品，在纸浆漂白、纺织领域、电子工业、食品行业及环保领域均有应用。各行各业对过氧化氢需求的增长刺激了过氧化氢生产工艺的改进，导致其产能过剩且价格大幅度降低，过氧化氢的应用也逐渐扩展到能源、畜牧、医疗检测、保健等其它领域。
[0003]伴随着相关产业的发展，尽管过氧化氢作为有毒氯气的替代品用以工业漂白和消毒产品，大量使用势必造成废水含有过氧化氢，这就要求我们必须将过氧化氢残留物清除，以减少废水中过氧化氢对生态环境的影响，最好的办法是寻找一种新型的催化分解过氧化氢的优良催化剂。
[0004]寻找催化过氧化氢分解的优良催化剂，不仅在废水治理保护环境方面有重要意义，在航空航天、医疗保健领域也具有深远影响。航空航天领域中，过氧化氢因其无毒无污染、高比冲、高比热、室温为液体、可自燃等特征，用于火箭发动机的推进剂。在催化剂的作用下，过氧化氢可分解为氧气和高温水蒸气并释放出高化学能，为火箭提供强有力的推动力。大多数发动机采用的是性能稳定的银网催化剂，但银网催化剂的初始活性低，因此寻找新的启动能力强、寿命长、热稳定性高的过氧化氢分解催化剂对提升火箭发动机的性能具有重要意义。此外，过氧化氢作为一种经济的氧原，在医疗保健领域中用于催化分解制氧。适应人类正常生存的大气氧分压为0.209P，当外界环境氧分压不够高时，就会造成人体缺氧，长期处于缺氧环境中的人，易出现头晕、食欲不振、记忆力衰退等症状，甚至造成心、脑、肾、肝等器官永久性病变，导致身体瘫痪或意识丧失。过氧化氢分解可以为会议室、商场、四人学生宿舍等人员密集的缺氧场所提供氧气，寻找过氧化氢催化分解的优良催化剂为缺氧环境供氧非常重要。过氧化氢还能加速人体衰老、具有致癌危险性，因此，研究催化剂使过氧化氢催化分解对环境保护、人类健康和航空航天领域的发展具有重要意义，寻找分解过氧化氢的新型优良催化剂的任务迫在眉睫。
[0005]降解土壤和水污染物的传统方法是采用以过氧化氢为氧化剂、铁为催化剂的Fenton反应。在Fenton试剂的存在下，过氧化氢分解产生具有强氧化性的HO
·
自由基，然后进一步与染料、苯酚和双氯芬酸等多种难降解的有机污染物反应以降解。然而，只有在较低的pH值(2～4)下才有利于采用均相Fe
2+
催化剂进行Fenton反应，因此限制了Fenton试剂的使用环境。目前用于过氧化氢分解的催化剂类型主要包括银网催化剂、贵金属催化剂、过渡金属氧化物催化剂和生物催化剂等，如铂、复合铅锰氧化剂、稀土钙钛矿型复合氧化物、过氧化氢酶等。贵金属催化分解过氧化氢的活性非常好，但其在自然界含量少、成本高，使其应用受到限制。过渡金属离子中，锰离子催化分解过氧化氢的能力最强。公开号为
CN108554442A的专利公开了微孔分子筛负载铁锰二组分催化剂用于过氧化氢的催化分解，虽然其制备工艺新颖，但过程繁琐，且该材料需要通过热催化使过氧化氢分解。田含晶等人(催化学报，2000，21，600
‑
602)报道了锰铅复合氧化物催化剂用于催化分解过氧化氢，达到了比锰银氧化物更好的催化效果，然而铅的毒性可能导致该催化剂的应用环境受限。目前市场急需一种能够室温下完全处理过氧化氢，价格低廉、可以工业化量产且足以应对大多数苛刻条件的催化剂。
[0006]莫来石型复合氧化物AM2O5‑
x
化合物的多面体骨架由O和M离子组成，A离子位于多面体包围的中空位置里。在现有催化臭氧的催化剂中，如贵金属、金属氧化物和钙钛矿型氧化物，也适用于过氧化氢的催化分解。与它们相比，在莫来石型化合物中，存在两类过渡金属M为中心的配位单元，三价和四价的M离子分别位于金字塔和八面体配位场中心，配位氧活性较高。该化合物中存在较多的M氧化物种类和相应的M元素价态，使其在低温下各氧化态之间可以相互转化，具有良好的低温活性。
[0007]通常催化材料在气态催化反应中展示出良好的双氧水分解活性，然而在水环境中，活性位点容易被水淹没进而失活。熊源泉等人(Chemical Engineering Journal,2018,331,343
‑
354)已证实Fe2(SO4)3材料催化气相过氧化氢氧化NO，实现高效气相催化，但引入水蒸气的情况下，性能大幅下降。在气相条件下，Mn2O3、YMnO3和YMn2O5三种催化剂对臭氧室温无水的条件下均可实现较高的转化率，但是对于水相的双氧水，并不能取得好的效果，Mn2O3、YMnO3和YMn2O5的效果都不如本专利技术设计的莫来石。锰基莫来石材料在金字塔和八面体配位场的特征确保了在水环境中，莫来石对过氧化氢中含氧中间体的吸附能力大于对水的吸附能力，避免了水的竞争吸附。莫来石表面羟基氧中间体里的氢质子转移到邻近的羟基中间体上形成吸附的水中间体和氧气中间体，进一步脱附产生氧气和水，如此可实现莫来石催化材料对过氧化氢在液相环境中持续的催化分解。公开号为CN106140178和CN106140191的专利公开的氧化铝负载的钒铜镧氧化物催化剂和氧化铝负载的锰钴铈氧化物催化剂，实现了1h对过氧化氢约96％的转化率，但载体在浆料中的浸渍时间长达36h，时间成本高，催化剂的制备过程繁琐。因此，通过简易环保的方法发展一种可以同时在气相和/或液相环境中净化双氧水的催化剂，是当前双氧水分解领域的挑战之一。

技术实现思路

[0008]本专利技术的主要目的在于提供一种通式AM2O5‑
x
化合物作为室温催化分解过氧化氢的催化剂的应用，可以克服上述现有技术的缺陷，解决现有过氧化氢室温完全处理的问题。
[0009]为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种通式AM2O5‑
x
化合物作为催化处理过氧化氢的催化剂的应用，通式AM2O5‑
x
化合物为莫来石型复合氧化物，A为镧系金属元素、Sm、Bi、Y中的任意一种金属或多种，M为第一过渡系过渡金属元素中的任意一种或多种，x在0～1之间。
[0010]进一步地，上述A选自La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Bi和Y中的任意一种或多种，优选所述A选自Sm、Gd、Y中的任意一种或多种。
[0011]进一步地，上述M选自Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni和Cu中的任意一种或多种，优选所述M选自Mn、Fe、Co中的任意一种或多种。
[0012]进一步地，上述M中必含Mn元素，优选所述通式AM2O5‑
x
化合物具有结构式AMn2‑
y
E
y
O5‑<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.通式AM2O5
‑
x化合物室温下催化过氧化氢的应用，催化剂为莫来石型复合氧化物AM2O5‑
x
，A为镧系金属元素、Sm、Bi、Y中的任意一种金属或多种，M为第一过渡系过渡金属元素中的任意一种或多种，x在0～1之间。2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述A选自La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Bi和Y中的任意一种或多种，优选所述A选自Sm、Gd、Y中的任意一种或多种。3.根据权利要求1或2所述的应用，其特征在于，所述M选自Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni和Cu中的任意一种或多种，优选所述M选自Mn、Fe、Co中的任意一种或多种。4.根据权利要求1
‑
3之一所述的应用，其特征在于，所述M中必含Mn元素，优选所述通式AM2O5‑
x
化合物具有结构式AMn2‑
y
E
y
O5‑
x
，其中，x在0～1之间，y在0～1之间，E为Ti、V、Cr、Fe、Co、Ni或Cu。5.根据权利要求1
‑
3之一所述的应用，其特征在于，所述A中必含Y元素，优选所述通式AM2O5‑
x
化合物具有结构式Y
z
D1‑
z
M2O5‑
x
，其中x在0～1之间，z在0～1之间，D为La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu或Bi。6.根据权利要求1
‑
3之一所述的应用，其特征在于，优选所述通式AM2O5‑
x
化合物具有结构式Y
z
D1‑
z
Mn2‑
y
E
y
O5‑
x
，其中x在0～1之间，y在0～1之间，z在0～1之间，E为Ti、V、Cr、Fe、Co、Ni或Cu，D为La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu或B...

【专利技术属性】
技术研发人员：王卫超，张燊，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：