[发明专利]全光谱太阳光驱动隐钾锰矿纳米棒催化剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种全光谱太阳光驱动隐钾锰矿纳米棒催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

挥发性有机污染物，如：苯、甲苯、丙酮等是主要的大气和室内空气污染物，该类有机物的大量排放不仅危害人类的健康，而且对环境造成严重的污染。目前，常见的VOCs的治理技术包括吸附、催化氧化、以及光催化等，其中以活性炭或分子筛为吸附剂的吸附技术受吸附容量的限制，需对吸附剂进行再生处理，而负载型贵金属催化剂虽催化活性高，但价格昂贵，这些极大地限制了吸附技术、基于贵金属的催化氧化技术在VOCs治理中的大范围应用。利用太阳光的光催化净化技术受到人们的广泛关注，是具有广阔应用前景的催化净化VOCs的方法。众所周知，太阳光光谱中包含5%的紫外光区域(＜400nm)、50%的可见光区域(400～700nm)，45%的红外光区域(＞700nm)。然而光催化活性最高且稳定性最好的纳米TiO₂光催化剂只能被紫外光激发，太阳光谱中绝大多数光能不能被光催化净化利用。发明在紫外、可见、红外光及全太阳光谱范围具有优良光催化活性的新型催化剂及催化净化新方法是本领域的巨大挑战和国际难题。20多年来，国内外科学工作者围绕该目标开展了持续不断的研究工作，归纳起来有以下几种方法：（1）向纳米TiO₂中掺杂Pt等过渡金属，使其具有可见光活性；（2）向纳米TiO₂中掺杂N、C、B、S等非金属，在TiO₂半导体的价带和导带之间引入新的杂质能态过渡金属，使其具有可见光活性（S.Khan等，Science297,2243-2245(2002)）；（3）制备氢化TiO₂拓展TiO₂光谱响应范围（X.B.Chen等,Science331,746(2011).；（4）设计制备各种窄带半导体光催化剂，如：g-C₃N₄,BiVO₄,TaON,Bi₂WO₆,InNbO₄,In_1–xNi_xTaO₄,β-AgAl_1-xGa_xO₂，使其具有可见光活性(X.C.Wang等，Nature Mater.8,76-80(2009).M.Higashi等J.Am.Chem.Soc.134,6968-6971(2012))。然而上述光催化剂主要用催化净化染料等液相有机污染物的净化，且可见光催化效率不高，光催化稳定性低，无法满足实际需要。有关可见光催化净化VOCs的研究报道和发明专利很少；迄今为止，尚无红外光光催化的报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术而提出一种全光谱太阳光驱动隐钾锰矿纳米棒催化剂及其制备方法和应用，获得在紫外、可见、红外光及全太阳光谱范围具有优良光致热催化净化VOCs的OMS-2纳米棒催化剂。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是，全光谱太阳光驱动隐钾锰矿纳米棒催化剂，其为以下制备方法得到的产物，包括有以下步骤：

1）称取0.01mol的Mn(Ⅱ)盐和0.02molKMnO₄，先后加入到装有水的烧杯中，磁力搅拌，得到Mn(Ⅱ)盐与KMnO₄的混合溶液；

2）将混合溶液转至带聚四氟乙烯内胆的不锈钢反应釜中，密封好后，进行水热氧化还原反应；

3）反应完成后，待反应釜冷却至室温，取出聚四氟乙烯内胆中的沉淀，过滤、洗涤和烘干，得到全光谱太阳光驱动隐钾锰矿纳米棒催化剂。

全光谱太阳光驱动隐钾锰矿纳米棒催化剂的制备方法，其特征在于包括有以下步骤：

1）称取0.01mol的Mn(Ⅱ)盐和0.02molKMnO₄，先后加入到装有水的烧杯中，磁力搅拌，得到Mn(Ⅱ)盐与KMnO₄的混合溶液；

2）将混合溶液转至带聚四氟乙烯内胆的不锈钢反应釜中，密封好后，进行水热氧化还原反应；

3）反应完成后，待反应釜冷却至室温，取出聚四氟乙烯内胆中的沉淀，过滤、洗涤和烘干，得到全光谱太阳光驱动隐钾锰矿纳米棒催化剂。

按上述方案，所述的Mn(Ⅱ)盐为硝酸锰、氯化锰或硫酸锰。

按上述方案，所述的水热氧化还原反应的反应温度为70℃～180℃，反应时间为24小时。