[发明专利]一种多孔纳米掺钴锰酸锌尖晶石催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明属于高级氧化技术领域，公开一种多孔纳米掺钴锰酸锌(ZnCoMnO₄)尖晶石催化剂及其制备方法和应用。所述催化剂是将乙酸锌、乙酸锰、乙酸钴和柠檬酸溶于去离子水和硝酸中，得到混合溶液；在搅拌条件下，将混合溶液加热至80～100℃，制得凝胶；将凝胶在150～190℃干燥，所得干凝胶经研磨后，在空气中升温至550～650℃进行退火制得。该催化剂具备多孔结构以及良好的化学物理稳定性催化材料，可以活化过硫酸盐产生SO₄^‑·和OH·，进而有效降解苯酚，经过循环实验可知，ZnCoMnO₄尖晶石催化剂具有良好重复利用性，可应用在活化过硫酸盐降解苯酚领域中。

技术领域

本发明属于高级氧化技术领域，更具体地，涉及一种多孔纳米掺钴锰酸锌(ZnCoMnO₄)尖晶石催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

随着经济飞速发展，酚类有机物被广泛应用于石油化工，医药以及合成纤维等行业，产生了大量的含酚废水。酚类有机物毒性较强难以直接进行生物处理，目前，常用的处理方法有吸附法、膜处理、化学沉淀法和高级氧化技术(AOPs)。

基于羟基自由基(OH·)诱导的高级氧化技术(OH·-AOPs)经常被研究用于降解甚至水中有机污染物，因为OH·驱动的氧化非常迅速且几乎无选择性。OH·-AOPs包括UV/O₃，UV/H₂O₂，O₃/H₂O₂，Fenton反应等。但近年来，由硫酸根自由基(SO₄^-·)诱导的AOPs受到越来越多的关注。SO₄^-·具有显着高的2.6V还原电位，略低于OH·(2.9V)。此外，还表现出非选择性氧化模式，并能快速分解水中的大部分有机污染物。硫酸根在氧化后会转化为无毒硫酸盐，不需要任何的二次处理。因此，硫酸盐基AOP(SR-AOPs)是环境友好的。一般使用过一硫酸盐(PMS)作为SO₄^-·来源，但由于PMS比较稳定，在常温条件下，溶于水后产生的硫酸根离子(S₂O₈^2-)反应速率较慢，难以降解有机污染物。所以PMS需要通过加热，催化剂或紫外等方法活化。过渡金属催化剂可以在常温下活化PMS，因此受到广泛应用，其中Co²⁺的活化效率最好，但是其毒性较强，限制了Co材料的应用。因此，在水处理过程中，制备一种高效且稳定性好的催化剂来产生OH·和SO₄^-·是很重要的。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的不足之处，本发明首要目的在于提供一种多孔纳米结构ZnCoMnO₄尖晶石催化剂。该催化剂具备多孔结构以及良好的化学物理稳定性催化材料，可以活化过一硫酸盐产生SO₄^-·和OH·，进而有效降解苯酚，经过循环实验可知，ZnCoMnO₄尖晶石催化剂具有良好重复利用性。

本发明的另一目的在于提供上述具有多孔纳米结构的ZnCoMnO₄尖晶石催化剂的制备方法。

本发明的再一目的在于提供上述层状多孔结构ZnCoMnO₄尖晶石催化剂的应用。

本发明的目的通过下述技术方案来实现：

一种多孔纳米掺钴锰酸锌尖晶石催化剂，所述催化剂是将乙酸锌、乙酸锰、乙酸钴和柠檬酸溶于去离子水和硝酸中，得到混合溶液A；在搅拌条件下，将混合溶液A加热至80～100℃，制得凝胶；将凝胶在150～190℃干燥处理，所得干凝胶经研磨后，在空气中升温至550～650℃进行退火制得。