[发明专利]一种三维有序多孔铁锰双金属催化剂的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种三维有序多孔锰铁双金属催化剂的制备方法及其应用，以甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为模板通过化学镀煅烧法制备得到新型3DOM Mn‑Fe催化剂，不仅提高了材料的比表面积，增加锰铁双金属元素的分散性，增加了活性位点，还通过锰铁双金属的协同作用强化了催化剂的电子转移能力。本发明制备的三维有序多孔锰铁双金属催化剂具有良好的催化活性，能够高效活化过硫酸盐产生大量活性自由基降解水中难降解有机物。

技术领域

本发明属于复合催化剂技术领域，具体涉及一种三维有序多孔铁锰双金属催化剂的制备方法及其应用。

背景技术

高级氧化技术(Advanced Oxidation Process，AOPs)是一种以产生具有强氧化能力的活性自由基(如·OH、·SO₄^-)为特点，在高温高压、电、声、光辐照、催化剂等反应条件下，使大分子难降解有机物氧化成低毒或无毒的小分子物质，达到快速氧化降解污染物的一种污水处理技术。

近年来，基于硫酸根(·SO₄^-)的高级氧化技术(SR-AOPs)由于其强氧化性和高效性被广泛用于处理难降解有机污染物。与Fenton系统产生的羟基自由基(OH·，E₀＝2.8V)相比，·SO₄^-具有更高的氧化还原电势(E₀＝2.5-3.1V)和更长的半衰期(t_1/2＝40μs)，能够促进其高效，持久地去除有机污染物。其中过一硫酸盐(PMS)具有环境友好性，较高的稳定性和适应性，常通过多种方法(例如过渡金属，热，紫外，超声等)活化方式来生成·SO₄^-和OH·。过一硫酸盐在实际污染物降解过程中更具有灵活性，相比于PS和H₂O₂是更好的选择。

目前，有许多研究人员已经广泛研究了无毒、廉价和环境友好的金属元素Fe和Mn以活化PMS。研究发现，Fe和Mn双金属之间存在协同效应，铁锰双金属复合催化剂在活化PMS降解有机污染物中表现出优异的降解效果。近年来，层状双金属氢氧化物常作为理想的前驱体进行改性以制备得到效果更优的混合金属氧化物催化剂(MMO)。MMO由于其金属分散性高，活性位点多，结构稳定，已被研究作为非均相催化剂来活化PMS。同时研究表明，混合金属氧化物催化剂在处理难降解有机物中具有良好的应用前景。目前为止，关于锰铁混合金属氧化物催化剂活化PMS降解难降解有机物的研究很少。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种三维有序多孔铁锰双金属催化剂的制备方法。

本发明的另一目的在于提供上述三维有序多孔铁锰双金属催化剂的应用。

本发明的技术方案如下：

一种三维有序多孔铁锰双金属催化剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)边搅拌，边向通氮气的水中加入MMA和K₂S₂O₈，65-75℃反应40-60min；

(2)将步骤(1)所得物料，冷却后进行固液分离，所得固体经洗涤至pH＝＝7.0-8.0后再进行真空干燥，然后研磨、40-60目过筛后，制得PMMA有序排列模板；

(3)边搅拌，边向水中加入上述PMMA有序排列模板和HNO₃或H₂SO₄，反应10-20min；

(4)将步骤(3)所得物料进行固液分离，所得固体经洗涤至pH＝7.0-8.0后再进行真空干燥，然后研磨、40-60目过筛；

(5)边搅拌，边向水中加入步骤(4)所得物料、SnCl₂·H₂O和HCl，反应10-20min；