[发明专利]介孔NiMn2O4催化剂的制备方法、由此制备的催化剂及其用途

说明书

本发明公开了一种具有介孔结构的NiMn₂O₄纳米催化剂的制备方法，和由其制备的催化剂及其用途。所述制备方法包括步骤：(1)将P123、十二烷基硫酸钠、盐酸溶液加入蒸馏水，然后加入硅酸四乙酯，水热处理得到模板KIT‑6；(2)将硝酸镍和硝酸锰加入无水乙醇中得到混合溶液A；(3)将模板KIT‑6加入溶液A中，形成混合溶液B；(4)将混合溶液B水浴搅拌条件下蒸干溶剂，得到固体C；(5)煅烧固体C得到黑色固体D；(6)将黑色固体D用NaOH溶液洗涤，再离心过滤洗涤后烘干，得到介孔NiMn₂O₄催化剂。根据本发明的制备方法工艺简单，成本低廉，适合大规模工业化生产。制备得到的介孔NiMn₂O₄纳米催化剂具有良好的催化性能，对环丙沙星的降解具有明显的提升效果。

技术领域

本发明属于环境电化学材料领域，制备和高级氧化技术处理废水技术领域，具体涉及一种具有介孔结构的NiMn₂O₄纳米催化剂的制备方法，和由该制备方法得到的NiMn₂O₄纳米催化剂及其在电芬顿高级氧化技术降解抗生素废水的应用。

背景技术

随着医药工业的快速发展，药物成为了一类新兴的环境污染物，对水环境和人类的健康造成了巨大的威胁。其中抗生素污染及其所引起的危害已经引起国内外的广泛关注。而环丙沙星正是抗生素中较为典型的污染源，该废水抗菌能力强，具有生物难降解性，在未经净化处理的情况下直接排入环境中会产生毒副作用，诱导细菌产生耐药性和导致对其他生物基因突变等危害，同时也对水体环境和生态造成潜在的威胁平衡。因此实现高效降解环境中残留的环丙沙星迫在眉睫。

高级氧化技术在降解环丙沙星废水方面具有较大潜力。电芬顿高级氧化技术作为一种极具代表性的高级氧化技术，具有条件温和、氧化能力强、反应速度快等优势，在降解环丙沙星废水方面表现出极佳的效果，获得了广泛关注。电芬顿反应机制总的来说是由电化学反应产生的H₂O₂和Fe²⁺作为芬顿试剂的持续来源，生成羟基自由基·OH，由羟基自由基的强氧化性引发一系列的链式反应，从而降解有机污染物。

过氧化氢的产量是电芬顿体系降解环丙沙星的关键因素。为了提高过氧化氢的产量，通常以价格低廉的碳毡作为阴极材料，以芬顿催化剂修饰阴极材料，这样提高更多的氧空位，从而大大增加氧吸附量，生成更多的H₂O₂。但目前研究较热的芬顿催化剂存在产生过氧化氢浓度不高、降解速率慢、产生铁泥等二次污染的问题。因此，仍然需要开发更为有效的阴极催化剂材料。

发明内容

本发明提供了一种能够提高过氧化氢产量、大幅度提高降解速率且环境友好的催化剂的制备方法，该催化剂可以作为修饰碳毡阴极的催化剂材料。该催化剂为具有较高比表面积的介孔结构的NiMn₂O₄纳米催化剂，较大的比表面积能够提供更多产生过氧化氢的活性位点，同时金属物种(锰和镍)能够促进活化过氧化氢产生羟基自由基，进一步提高了降解抗生素环丙沙星的效率。

本发明的一个目的在于提供一种介孔NiMn₂O₄纳米催化剂的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)将P123、十二烷基硫酸钠、盐酸溶液加入蒸馏水，搅拌至完全溶解，溶解后加入硅酸四乙酯，继续搅拌，将溶液转移至聚四氟乙烯反应釜中，在80-120℃下加热20-25h，然后将溶液冷却至室温后离心过滤洗涤，将所获得的固体干燥8-10h，得到白色粉末，即为模板KIT-6；

(2)将六水硝酸镍和四水硝酸锰加入无水乙醇中，搅拌至完全溶解，形成混合溶液A；

(3)将步骤1)中得到的模板KIT-6加入溶液A中，剧烈搅拌20-25h，形成混合溶液B；