[发明专利]一种二氧化锰复合金属氧化物催化剂及制备与应用

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种二氧化锰复合金属氧化物催化剂及制备与应用。

(二)背景技术

氯气是制备盐酸、漂白粉、农药、高分子塑料、氯仿等有机溶剂常用的化工原料，也是化学、冶金、农药、制药、印染等工业中常见的废气之一。氯气作为有毒物质，一般都需要在排放前进行必要的处理，目前常用的方法是用氢氧化钠溶液中和废气(尾气)中的氯，中和的产物是次氯酸钠(NaClO)。次氯酸钠作为一种强氧化剂，次氯酸钠遇酸会重新分解为氯气，另外过量的次氯酸钠在水溶液中会产生致癌物三氯甲烷，因此，直接将次氯酸钠排放仍然会污染环境，将含有次氯酸钠废液在排放前先分解为氯化钠和氧气显得极为重要。

次氯酸钠分解为氯化钠和氧气的方式一般采用热分解、光分解和金属催化分解三种。热分解的处理时间长，能耗也较高，而且其分解效率低，处理后的废水仍有较高浓度的次氯酸钠，难以达到国家环保的排放标准。而光分解主要采用紫外光辐射，其完全分解时间更长，难以应用于处理大量的废水的工业生产中。而金属催化分解是指在金属催化剂作用下次氯酸钠分解为氯化钠和氧气。催化分解过程中不产生有害气体Cl₂，而且分解效率高，工艺简单，成本低，易于满足工业化生产。金属离子(Me)的催化分解反应如下：

2MeO+NaClO＝Me₂O₃+NaCl

Me₂O₃+NaClO＝2MeO+NaCl+O₂

目前催化分解次氯酸钠使用的催化剂主要为镍基催化剂。镍基催化剂成本高，催化分解次氯酸钠需要比较高的温度，而完全分解次氯酸钠一般需要1个多小时。

二氧化锰存在多种可变价态，且其表面带有负电，因而具有催化分解次氯酸钠的潜质。但目前商用的二氧化锰几乎没有分解次氯酸钠的催化性能，主要的原因是表面催化活性容易失活和参与催化反应的表面积较小。因此，通过制备具有纳米结构的二氧化锰，提高材料参与催化反应的表面积；而加入其他金属，增加二氧化锰结构上的缺陷，有效增加催化活性点，也是提高催化性能的有效途径。

基于此，本发明提出了一种具有纳米结构的二氧化锰复合金属氧化物催化剂，这种复合催化剂具有优异的催化性能，在低温下达到快速分解次氯酸钠的效果。

(三)发明内容

本发明目的是提供一种具有纳米结构的二氧化锰复合金属氧化物催化剂，这种催化剂能在低温下快速分解次氯酸钠，可以应用于工业废水中次氯酸钠的处理及酚类等有机物的降解。

本发明采用的技术方案是：

一种二氧化锰复合金属氧化物催化剂，所述催化剂按如下方法制备：将锰盐、金属盐与强氧化剂混合后溶于水中制成混合水溶液，40～80℃搅拌6～10h，获得前躯体溶液，将前躯体溶液在120～180℃条件下加热反应8～15h，反应结束后，将反应液冷却后过滤，取滤饼清洗，干燥，获得所述二氧化锰复合金属氧化物催化剂；所述金属盐为铜盐或铁盐，所述强氧化剂为高锰酸钾；所述每升混合水溶液中锰盐与金属盐和强氧化剂的投料摩尔比为1∶1∶2。

进一步，所述锰盐优选为硫酸锰。

进一步，所述金属盐优选为硫酸铜或硫酸铁。

更进一步，所述的二氧化锰复合金属氧化物催化剂按如下方法制备：将硫酸锰与硫酸铜混合后溶于水，再缓慢(反应为放热反应，速度太快容易升温太快)加入高锰酸钾制成混合水溶液，40～50℃(优选45℃)搅拌8h，获得前躯体溶液，将前躯体溶液加入水热反应釜中，在150℃条件下加热反应12h，反应结束后，将反应液冷却后过滤，取滤饼用水洗涤，80℃干燥6h，获得所述二氧化锰复合金属氧化物催化剂；所述每升混合水溶液中硫酸锰与硫酸铜、高锰酸钾投料摩尔比为1∶1∶2。

进一步，所述的二氧化锰复合金属氧化物催化剂按如下方法制备：将硫酸锰与硫酸铁混合后溶于水中，再缓慢加入高锰酸钾制成混合水溶液，70～80℃(优选70℃)搅拌8h，获得前躯体溶液，将前躯体溶液加入水热反应釜中，在150℃条件下加热反应12h，反应结束后，将反应液冷却后过滤，取滤饼用水洗涤，80℃干燥6h，获得所述二氧化锰复合金属氧化物催化剂；所述每升混合水溶液中硫酸锰与硫酸铜、高锰酸钾投料摩尔比为1∶1∶2。