[发明专利]四氧化三铁/二氧化硅/二氧化锰催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于催化剂制备技术领域，具体涉及一种双氧水分解产氧的新型催化剂体系，该催化剂体系可以用于深井作业产氧型矿用设备领域。

背景技术

深井作业时，随着井深度的增加，氧气含量会降低，如果不有效及时的补充氧气，往往会使作业工人因缺氧而晕厥甚至会造成严重的事故，因此，方便、快捷经济的制取氧气的方法和技术具有重要的社会经济价值。目前，工业制取氧气的方法主要包括：（1）空气冷冻分离空气中氧气制取氧气法；（2）分子筛制氧法（吸附法）；（3）电解水制氧法；这三种技术具有原料的廉价、易得的优点，是工业上制氧最常用的方法，其缺点是设备投资大，需要专门的氧气的储存和运输设备和装置，使用都极不方便,尤其是在深井下携带巨大笨重的钢瓶非常不方便，因此，化学制氧法以其方便快捷需要设备小投资小而受到人们的重视。化学制氧法中又以双氧水制备成本低，分解后副产物是氧气和水，没有二次污染问题，而成为化学产氧的最重要的原材料，具有产氧量大，成本低，效率高等优点。因此，研究能够既有效分解双氧水又能够有效回收再生的催化剂，具有重大的经济价值和社会价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种四氧化三铁/二氧化硅/二氧化锰（Fe₃O₄/SiO₂/MnO₂）催化剂，该催化剂具有对双氧水高效的催化分解产氧的功能，且成本低，易于回收循环利用。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种Fe₃O₄/SiO₂/MnO₂催化剂，所述Fe₃O₄/SiO₂/MnO₂催化剂是以“花瓣”状结构的二氧化锰（MnO₂）为功能壳层、多尺寸四氧化三铁（Fe₃O₄） 为磁性核，以二氧化硅（SiO₂） 为保护层以保护磁性核，是具有磁性核/保护层/功能壳层三层复合结构的磁性催化剂。

所述功能壳层的厚度为5～20nm。

所述磁性核的直径为10～150 nm。

所述保护层的厚度为5～20 nm。

一种Fe₃O₄/SiO₂/MnO₂催化剂的制备方法，步骤如下：

（1）Fe₃O₄/SiO₂纳米粒子的制备：将Fe₃O₄ 纳米粒子溶于环己烷中得到浓度为0.02g/mL的混合溶液，超声8~15min后，加入环己烷、曲拉通、正己醇和H₂O，搅拌形成微乳液，在25~35℃下搅拌25~35min后加入正硅酸乙酯，反应0.5~1.5小时后加入氨水，反应20~30h，反应结束后加入乙醇破乳，然后在外磁场作用下，从悬浮液中分离出所制备的复合纳米粒子，洗涤、干燥得到Fe₃O₄/SiO₂纳米粒子；

（2）Fe₃O₄/SiO₂/MnO₂催化剂的制备：将Fe₃O₄/SiO₂纳米粒子分散在去离子水中得到浓度为0.1g/mL的Fe₃O₄/SiO₂纳米粒子水溶液，缓慢加入高锰酸钾水溶液和氧化锌，在180～250℃的条件下反应1～4小时，冷却到室温，磁分离复合粒子，洗涤、干燥得到Fe₃O₄/SiO₂/MnO₂催化剂，通过控制反应温度、反应时间及氧化锌若干控制氧化锰外层尺寸大小和 “花瓣”状“褶皱”结构。

所述步骤（1）中混合溶液、环己烷、曲拉通、正己醇、H₂O、正硅酸乙酯、氨水和乙醇的体积比为1：1.1：0.5：2：10：2：0.1：5。

所述步骤（2）中高锰酸钾水溶液的浓度为0.5～10 mg/mL。

所述步骤（2）中Fe₃O₄/SiO₂纳米粒子水溶液和高锰酸钾水溶液的体积比为1：2～20。