[发明专利]基于Mn-MOF的二维片状氧化锰/介孔碳催化剂的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种基于Mn‑MOF的二维片状MnO_x/介孔碳的制备方法及应用，涉及水污染控制的高级氧化技术领域。先将锰盐和配体溶解在溶剂中得到前驱液，将所述前驱液进行水热反应得到Mn‑MOF，将所述Mn‑MOF在惰性气氛下进行煅烧即可得到所述二维片状MnO_x/介孔碳催化剂。本发明可以简单快速合成锰氧化物均匀分布在碳载体上的锰碳复合材料，能够催化PMS高级氧化降解废水中的污染物，在10min内对模拟废水中ABEE的去除率可达98.02％，经4次循环后，其性能仅下降6％，具有良好的催化活性和稳定性。本发明的催化剂制备工艺简单方便，原料成本低廉，具有潜在应用前景。

技术领域

本发明属于高级氧化技术领域，具体涉及一种基于Mn-MOF的二维片状MnO_x/介孔碳催化剂的制备方法及应用。

背景技术

药物和个人护理产品(PPCPs)因其广泛的应用、大量的排放和难生物降解的特性而成为一种新兴污染物，近年来受到了广泛的关注。因此，开发新型的水处理技术降解PPCPs成为了环境领域亟需解决的问题。

高级氧化工艺(AOPs)能够去除大量的污染物，特别是那些难降解的有机污染物，将其降解为无害或低毒的小化合物，甚至完全矿化成CO₂、H₂O。与羟基自由基(·OH)主导的Fenton反应相比，硫酸根自由基(SO₄^·-)为基础的高级氧化工艺(SRAOPs)具有更高的氧化还原电位(2.5-3.1V)、更长的半衰期(30-40μs)、更广泛的操作pH(2-8)，是一种很有前途的高级氧化技术。

土壤中低毒性、高丰度的锰氧化物(MnO_x)在活化PMS上具有极大的应用潜力。MnO_x主要通过单电子转移来激活PMS，能够实现Mn不同价态的跃迁。将MnOx与碳质材料进行结合，不仅可以获得更多的活性位点、更高的稳定性和更好的电导率，而且碳材料中的氧官能团，如酮羰基(C＝O)和缺陷等，也可以激活PMS产生活性氧(ROS)或直接捕获污染物的电子。然而，大多数锰/碳复合材料是通过合成后改性的策略合成的，其制备过程较为复杂。

发明内容

鉴于上述技术缺陷，本发明的目的之一是开发一种成本低、工艺简单的PMS活化催化技术。该催化剂以Mn-MOF为前驱物，通过一步煅烧法制备获得，具有高比表面积、丰富而均匀的活性位点等优异性能。该材料能够活化PMS产生活性物质SO₄^·-和·OH，氧化降解废水中的污染物。

本发明在上述现有技术的基础上，开发了一种基于Mn-MOF的二维片状MnO_x/介孔碳催化剂，用于催化活化PMS高级氧化降解废水中的污染物ABEE。本发明催化剂具有高效、稳定的优点，制备工艺简单、成本低廉，具有广阔的应用前景。

本发明的目的之二是提供一种基于Mn-MOF的二维片状MnO_x/介孔碳催化剂的制备方法，包括如下步骤：

S1：将锰盐和配体分别加入到溶剂中，水浴超声5～30min(最优选水浴超声10min)，使其溶解，得到前驱液；将上述两种溶液混合，水浴超声3～20min(最优选水浴超声5min)，并随后磁力搅拌10～40min(最优选磁力搅拌30min)，使体系混合均匀，得到前驱液；

S2：将所述前驱液转移到含有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，在烘箱中进行水热反应后，经过离心分离、洗涤、干燥，得到Mn-MOF；

S3：将所述Mn-MOF放入瓷舟，置于管式炉中，在惰性气氛下进行煅烧，得到二维片状MnO_x/介孔碳催化剂。

进一步的，所述步骤S1中锰盐为硝酸锰，配体为对苯二甲酸(H₂BDC)。