[发明专利]核壳结构片状二氧化锰包覆三氧化二锰复合材料及其制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种核壳结构片状二氧化锰包覆三氧化二锰复合材料及其制备方法及应用。所述复合材料的制备方法包括以下步骤：1)制备Mn₂O₃微球；2)制备复合材料：按1：0.5～2.0的质量比称取Mn₂O₃微球和高锰酸钾置于水中，混合均匀后转入高压釜中，在加热条件下保温反应，即得。所得复合材料呈核壳结构，催化反应活性和稳定性高。在优选的实施例中，140℃反应条件下复合材料对丙酮去除率可达到100％。

技术领域

本发明涉及催化降解挥发性有机物的催化剂，具体涉及一种核壳结构片状二氧化锰包覆三氧化二锰复合材料及其制备方法及应用。

背景技术

随着科技与工业的快速发展，挥发性有机物(VOCs)带来的大气环境问题也愈发严峻，对环境和人类健康造成众多不良影响。如何合理解决VOCs的影响，在环保与健康意识普遍成型的今天，受到了人们的密切关注。目前，在已有的众多处理技术中，催化氧化技术因其高效、无二次污染的特性成为了VOCs处理热点。在催化转化过程中，有机物首先被捕捉到催化剂表面，接着与活性氧物种发生反应，最终转化为无害的CO₂和H₂O。因此构建出活性高、稳定好的催化材料是催化氧化技术应用的核心。

金属锰在地壳中储量丰富、成本较低，且具有独特的物理化学性质，作为催化材料在VOCs降解领域表现突出。锰具有多种氧化态，常以MnO₂、Mn₂O₃、Mn₃O₄等形式稳定存在，并拥有丰富各异的形貌与晶型结构。虽然这些锰氧化物催化材料因为自身的特征，在VOCs降解的广泛应用中表现出了不错的反应活性，但也存在低温反应活性较差和稳定性不佳等问题。如公布号为CN 105854871的发明公开了一种用于挥发性有机气体VOCs催化净化处理的催化剂的制备方法，该催化剂为具有试管刷形貌的α-MnO₂，其制备方法包括以下步骤：将MnCO₃与(NH₄)₂S₂O₈在硫酸溶液中进行水热反应，将得到的产物依次经过洗涤与离心，得到固体产物，将所述固体产物进行干燥，得到α-MnO₂。该发明所述方法制备的α-MnO₂可作为催化净化VOCs的催化剂，通过在固定床反应器内评价其催化燃烧性能，以甲苯和空气的混合气体作为反应气体，催化剂试管刷状α-MnO₂用量0.1g，甲苯的进料浓度是4g/m³(4mg/L)，空速是10000h^-1，燃气流量40mL/min。采用气相色谱仪在线分析，结果显示反应温度为T10和T90分别是162℃和196℃，虽表现出一定的低温活性，但还不够理想。

期望通过构建新型核壳结构异质界面来提高催化剂活性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种具有优良低温反应活性的核壳结构片状二氧化锰包覆三氧化二锰复合材料及其制备方法及应用。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种核壳结构片状二氧化锰包覆三氧化二锰复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1)制备Mn₂O₃微球；

2)制备复合材料：按1：0.5～2.0的质量比称取Mn₂O₃微球和高锰酸钾(KMnO₄)置于水中，混合均匀后转入高压釜中，在加热条件下保温反应，即得到核壳结构片状二氧化锰包覆三氧化二锰复合材料。