[发明专利]介孔氧化锰材料的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明提供了一种以介孔氧化锰材料为催化剂，过氧化氢(H₂O₂)为氧化剂，高效降解水中抗生素的方法，属于水处理应用领域，具体涉及一种介孔氧化锰材料的制备方法及其应用。

背景技术

类Fenton试剂是由H₂O₂和固体催化剂（多为金属氧化物）构成的多相催化体系，通过催化剂的引发作用，促使H₂O₂产生·OH自由基，利用·OH自由基的强氧化作用达到降解目的。但绝大部分用作催化剂的材料不具备孔结构，由于其较小的比表面积（多小于10 m²·g^-1），使得其催化效果并不理想，从而使该技术在应用上受到了极大的制约。研究发现，介孔氧化锰材料具有较大的比表面积，使其能够提供更多的反应位点，结合自身具有可变价态的特性，能够产生良好的催化作用，使介孔氧化锰材料的催化效率显著提高。近些年，抗生素的生产和使用导致水中抗生素的含量急剧增加，而传统降解有机物的处理方法对抗生素的降解率并不高，使水中抗生素的降解成为一大难题。本发明基于多相催化原理，开发出一种以介孔氧化锰催化H₂O₂高效降解水中抗生素的方法。

发明内容

为克服传统氧化锰材料比表面积小的缺点，提高材料催化降解效率，本发明的目的在于提供一种介孔氧化锰材料的制备方法及其应用。本发明通过硬模板法制备介孔氧化锰材料及以该材料为催化剂，H₂O₂为氧化剂，降解水中的抗生素。

本发明提出的介孔氧化锰材料的制备方法，将介孔氧化硅粉末溶解于一定量的去离子水中，在室温下搅拌直至形成均一溶液，再将一定量某浓度的锰源加入上述溶液，混合均匀，对溶液进行蒸发，将所得的固体置于马弗炉中进行煅烧，对所得固体进行碱洗，过滤、水洗，直至滤后水为中性，将固体置于100~120℃条件下，干燥12~ 20 h。具体步骤如下：

(1) 将介孔氧化硅粉末溶解于:去离子水中，在室温下搅拌5 -12h；

(2) 将锰源加入上述溶液内，使硅锰原子比为1.3:1~1.8:1，继续搅拌4~8 h；

(3) 将步骤(2)所得溶液置于100℃条件下干燥，直至水分完全蒸发；

(4) 将步骤(3)所得固体置于马弗炉中进行分段煅烧，以1 ℃·min^-1升温速率，在150℃、200℃、250℃和300℃分别保持2 h，最后在350℃煅烧5 h；

(5) 将步骤(4)所得固体投入浓度为1~4 mol·L^-1 NaOH溶液中，搅拌12~20 h。

本发明中，所述介孔氧化硅为SBA-15或KIT-6。

本发明中，所述锰源为硝酸锰。

利用本发明方法制备得到的介孔氧化锰材料在催化H₂O₂降解水中抗生素中的应用。

本发明所得介孔氧化锰材料催化H₂O₂降解水中抗生素的方法，具体为：将介孔氧化锰材料加入待处理水样中，进行搅拌，再加入一定量的H₂O₂，经过一段时间的反应以后，水中抗生素被充分降解。具体步骤如下：

(1) 将制得的介孔氧化锰粉末投入待处理废水中，控制介孔氧化锰浓度为1.0~2.0 g·L^-1，对混合液进行剧烈搅拌，使其均匀地分散于水中；

向上述体系投加H₂O₂，使H₂O₂浓度为20~40 mM，继续对混和液进行剧烈搅拌；

整个过程采用序批式处理方式，反应时间控制在0.5~1 h。