【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于催化剂，具体涉及了一种锰基异质结构光热催化剂、其制备方法和应用，尤其涉及一种能够高效利用太阳光能并具有高活性的锰基异质结构光热催化剂及其在光热降解甲苯方面的应用。
技术介绍
1、社会不断发展进步的同时，人类对于能源的需求急剧增加，随之而来的污染也在严重影响人类的生活，其中人为排放的挥发性有机污染物(volatile organic compounds,vocs)对环境和人类健康造成威胁，促进臭氧和二次气溶胶的形成。
2、催化氧化是目前应用广泛的技术，可以在较低温度条件下实现vocs的有效降解，但是对于一些含苯环的污染物如甲苯等，仍然需要外部能量输入。太阳光取之不尽用之不竭，光热催化氧化技术是以太阳光作为能源为催化反应提供所需能量，其兼具有热催化技术和光催化技术的优势。光热催化技术利用太阳能储存转化驱动反应，解决了vocs传统热催化需外部热能供给及光催化量子效率低等问题，研发高效光热材料，实现低能耗的光驱动热催化净化vocs的新技术。其中关键是设计集太阳光吸收、光热转化和高效催化活性的光热催化剂，有效利用太阳光为催化反应供能。光热催化氧化技术利用光能作为能源为催化氧化反应供能，其中的关键是设计高效的光热催化剂。
3、过渡金属氧化物在地球上储量丰富，价格较为低廉，且具有丰富的价态和良好的氧化还原性质，是一种常用的热催化剂，且过渡金属氧化物禁带宽度较小，具有良好的光吸收性，也可用作光催化剂。过渡金属氧化物同时具有的对光能和热能的利用使其成为一种有潜力的光热催化剂。
技术
1、为了改善上述技术问题，本专利技术提供了一种锰基异质结构光热催化剂及其制备方法和应用，构建异质结构能够促进催化剂对光的吸收以及光生电荷载流子分离，并且能够调节催化剂活性位点，该光热催化剂具有有效的光吸收性能和丰富的活性位点。
2、为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种锰基异质结构光热催化剂的制备方法，采用原位煅烧无定形锰氧化物前驱体得到，所述煅烧温度为100～900℃。
3、在本专利技术一个实施方式中，所述锰基异质结构光热催化剂的制备方法包括如下步骤：
4、步骤a，将锰的金属盐溶解在醇溶剂中，进行溶剂热反应，得到无定形锰氧化物前驱体；
5、步骤b，将无定形锰氧化物前驱体经过煅烧，得到锰基异质结构光热催化剂。
6、在本专利技术一个实施方式中，所述步骤b中，所述煅烧在空气氛围下进行。
7、在本专利技术一个实施方式中，所述无定形锰氧化物前驱体煅烧的条件为：200-700℃，0.5～6h；进一步优选为200-400℃，例如，200℃，250℃，300℃，350℃，400℃或者上述任意点值之间的任一范围或范围内任一点值。
8、在本专利技术一个实施方式中，所述无定形锰氧化物前驱体煅烧时升温速率为2～10℃/min。
9、根据本专利技术的实施方案，步骤a中，所述前驱体溶液由下述方法配制得到：将金属盐溶于溶剂中，配制成溶液，通过溶剂热还原法得到无定形锰氧化物前驱体。
10、在本专利技术一个实施方式中，所述锰的金属盐选自乙酸锰盐、硝酸锰盐、氯化锰盐和硫酸锰盐中的一种或多种。例如，四水合乙酸锰。
11、优选地，所述醇溶剂选自甲醇、乙醇、丙醇或辛醇中的至少一种或者多种溶剂的混合物。
12、优选为两种醇类溶剂混合，所述两种醇类溶剂的体积比为(1～2):(1～10)。例如，乙醇与正辛醇溶剂的体积比为1:3。
13、在本专利技术一个实施方式中，所述步骤a中，锰的金属盐与醇溶剂的质量体积比为(1-8)g:(40-240)ml。例如，4g四水合乙酸锰溶解在16ml的正辛醇和48ml的无水乙醇混合液中。
14、在本专利技术一个实施方式中，步骤a中，所述反应具体为：先搅拌，后进行溶剂热反应。
15、优选地，将锰的金属盐溶解在醇溶剂中，加热至10～60℃，搅拌0.5～4小时，之后进行溶剂热反应。
16、在本专利技术一个实施方式中，所述溶剂热反应的条件为：反应温度为50～240℃；反应时间为2～20小时。
17、在本专利技术一个实施方式中，加热至反应温度200-220℃，反应时间2-8小时。例如，加热至220℃，反应4小时。
18、在本专利技术一个实施方式中，所述煅烧在加热装置中进行，例如在管式炉中。
19、本专利技术还提供一种锰基异质结构光热催化剂，所述催化剂通过上述制备方法得到。
20、在本专利技术一个实施方式中，所述锰基异质结构光热催化剂中的主要成分是mno和mn3o4氧化物。
21、本专利技术将异质结构催化剂应用于光热催化反应中，光催化中异质结构对光的高效利用，并且热催化中异质结构的构建有利于活性位点的产生。
22、本专利技术还提供了一种锰基异质结构光热催化剂在光热催化降解有机物中的应用，例如在光热催化降解甲苯中的应用。
23、根据本专利技术的实施方案，经上述方法合成的锰基异质结构光热催化剂涂覆在玻璃纤维膜后直接用于甲苯为代表的vocs光热催化氧化反应。对于催化净化浓度为170ppm的甲苯，反应空速均设定为45000ml/(g h)，由空气带入一个具有石英窗的反应器中，通过调节光电流以及光源与催化剂涂覆膜之间的距离改变供给催化反应的能量，反应气体通过气相色谱进行分析检测。对于材料催化氧化甲苯长时间使用寿命的考察，反应条件与上述一致，并外加50％相对湿度和100％相对湿度的水汽。对于利用室外自然光实现污染物的降解，反应条件与上述一致，将不锈钢反应器替换为一个全石英反应器，并将部分气路移至室外，通过一个菲涅尔棱镜聚焦室外自然光为催化反应提供能量。
24、本专利技术的有益效果:
25、1)本专利技术提供的锰基异质结构光热催化剂的合成方法，同时从能源和催化剂两方面来增强光热催化剂的催化降解活性，高效地利用太阳光能，并通过物理辅助聚光增强能量供应实现利用室外自然光来降解甲苯。采用该方法得到的锰基异质结构光热催化剂，具有有效的光吸收性能和丰富的活性位点，能够有效利用光能，实现光吸收、光致热转换以及催化氧化降解甲苯污染物。将该异质结构催化剂应用于光热降解甲苯，应用在光热反应中具有优异的催化活性、较高的稳定性及良好的抗水汽能力，克服了催化氧化反应过程能耗高、效率低的问题，为光热催化的发展提供了新的思路。
26、2)本专利技术通过原位煅烧无定形锰氧化物前驱体得到锰基异质结构光热催化剂，煅烧处理使无定形锰氧化物孔道结构中的有机物被去除，使得锰氧化物的孔体积增大，比表面积增大，颗粒较小且分布均匀，增大了活性位点的暴露，为催化反应提供了场所。因此，本专利技术方法制备的锰基异质结构催化剂具有表面积大的优点，可以暴露更多的活性位点，催化性能较好、稳定性高。
27、3)本专利技术提供的锰基异质结构催化剂的制备工艺简单，制备过程中能耗低，能够有效吸收太阳光能并将其转化为热能，驱动光热催化反应的发生。异质结构的形成使得锰氧化物的氧脱附和迁本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种锰基异质结构光热催化剂的制备方法，其特征在于，采用原位煅烧无定形锰氧化物前驱体得到，所述煅烧温度为100～900℃。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述无定形锰氧化物前驱体在空气氛围下煅烧，煅烧的条件为：200-700℃，0.5～6h。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，煅烧的条件为：200-400℃。例如，200℃，250℃，300℃，350℃，400℃或者上述任意点值之间的任一范围或范围内任一点值。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述锰的金属盐选自乙酸锰盐、硝酸锰盐、氯化锰盐和硫酸锰盐中的一种或多种。例如，四水合乙酸锰。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述醇溶剂选自甲醇、乙醇、丙醇和正辛醇中的至少一种或多种溶剂的混合物。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤a中，锰的金属盐与醇溶剂的质量体积比为(1-8)g:(40-240)ml。
8.
9.一种锰基异质结构光热催化剂，其特征在于，采用权利要求1-8中任一项所述锰基异质结构光热催化剂的制备方法得到。
10.一种权利要求8所述锰基异质结构光热催化剂在光热降解VOCs中的应用，尤其是在光热降解甲苯中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种锰基异质结构光热催化剂的制备方法，其特征在于，采用原位煅烧无定形锰氧化物前驱体得到，所述煅烧温度为100～900℃。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述无定形锰氧化物前驱体在空气氛围下煅烧，煅烧的条件为：200-700℃，0.5～6h。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，煅烧的条件为：200-400℃。例如，200℃，250℃，300℃，350℃，400℃或者上述任意点值之间的任一范围或范围内任一点值。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述锰的金属盐选自乙酸锰盐、硝酸锰盐、氯化锰盐和硫酸锰盐中的一种或多种。例如，四...
【专利技术属性】
技术研发人员：贾宏鹏，张梦，李晓兰，
申请(专利权)人：中国科学院城市环境研究所，
类型：发明
国别省市：
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