[发明专利]多孔状钴锰尖晶石微球及其制备方法和应用

说明书

本发明提供多孔状钴锰尖晶石微球及其制备方法和应用，按照下述步骤进行：反应溶液的配制、反应溶液的混合、混合溶液的反应和样品的煅烧。通过添加表面活性剂成功的实现了中空多孔结构的钴锰尖晶石的制备，首次设计软模板‑水热法，简单的调节聚乙二醇400加入量，成功的制备出中空多孔的新型(Co,Mn)(Co,Mn)₂O₄)纳米材料。由于制备方法的创新，比传统的其他合成方法所用原料简单，成本低廉，且能够表现出针对亚甲基蓝的催化降解作用。

技术领域

本发明属于简单易行的水热法合成中空多孔状钴锰尖晶石的催化剂纳米材料技术领域，更加具体的说，涉及一种新型钴锰(Co,Mn)(Co,Mn)₂O₄尖晶石催化剂的制备及催化性能研究。

背景技术

中水资源的污染及短缺问题，已经使得全世界各国人民的高度关注。持久性难降解有机污染物是造成当前水资源污染最重要的原因，也是当前水处理关注的焦点。多环芳烃类染料废水是持久性难降解有机污染物最主要的来源之一。且随着染料生产和纺织印染工业的迅速发展，染料废水对水环境的危害日益严重。传统的水处理方法不但效率低、成本高，而且还存在二次污染的问题，致使污水治理一直得不到有效的解决。目前，利用高级氧化技术处理有机污染物，由于其反应速率快，反应效率好，而受到全世界科研工作者的关注。

锰是地壳中储量仅次于铁的过渡金属元素，更由于锰金属元素价态多样性(+2、+3、+4、+6和+7)和多种晶体型态广泛存在于海洋、湖泊及各种矿物中。近年来，锰基尖晶石复合金属氧化物由于其独特且优异的物化性质，引起了大量科学家的兴趣。钴锰尖晶石型过度金属氧化物作为一类重要的无机功能材料，由于其具有单一钴氧化物或者单一锰氧化物不兼有的性质，而被广泛应用在磁性材料、电催化电极材料和催化降解有机污染物等很多领域。

近年来，采用钴锰尖晶石过渡金属氧化物催化氧化剂产生强氧化性自由基催化降解有机废水引起了众多研究者的关注。但是，设计合成具有均匀形貌、大比表面积及高性能的钴锰尖晶石依然是一个难点。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种简单的水热法合成的钴锰(Co,Mn)(Co,Mn)₂O₄尖晶石催化剂纳米材料，通过简单的调节表面活性剂聚乙二醇的用量，从而制备出了一种新型的具有均匀大小的中空多孔结构的(Co,Mn)(Co,Mn)₂O₄尖晶石纳米材料。而且过程相对简单，可以有效的降低制备成本，并且避免环境二次污染。

本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现。

多孔状钴锰尖晶石微球及其制备方法，按照下述步骤进行：

步骤1，将硝酸钴Co(NO₃)₂·6H₂O分散在乙二醇中，恒温搅拌后，得到硝酸钴溶液，将硝酸锰Mn(NO₃)₂·4H₂O分散在乙二醇和聚乙二醇PEG-400的混合溶剂中，恒温搅拌后，得到硝酸锰溶液，取碳酸氢铵NH₄HCO₃分散水中，恒温搅拌后，得到碳酸氢铵饱和溶液；

步骤2，将硝酸钴溶液滴加至硝酸锰溶液中，恒温搅拌后，再将碳酸氢铵饱和溶液滴加至上述混合溶液中，恒温搅拌后，得到最终混合溶液，pH值为8-9；

步骤3，将步骤2得到的最终混合溶液置于密闭反应器中，在160-240℃下，加热14-26h，待反应完成后，自然降到室温20-25℃后，经过离心、洗涤和干燥后得到样品；

步骤4，将步骤3得到的样品置于双区真空管式气氛炉中煅烧，升温速率为8-12℃/min，加热到750-900℃，在此温度下保持5-10h，随后自然冷却至室温20-25℃后，得到多孔状钴锰尖晶石微球。