CN106944092A - 一种具有高效光热协同催化净化VOCs的Fe‑MnO2催化剂的制备方法 - Google Patents

一种具有高效光热协同催化净化VOCs的Fe‑MnO2催化剂的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种具有高效光热协同催化净化VOCs的Fe‑MnO2催化剂的制备方法。该方法仅以价廉易得的可溶性Fe(II)盐、Mn(II)盐和KMnO4为原料,通过水热反应合成目标催化剂,反应条件温和,工艺简单,且无需加入任何添加剂,无需高温煅烧,无需负载贵金属,从而极大地降低了生产成本。本发明所制备的Fe掺杂MnO2复合催化剂,在紫外、可见及红外光谱有很强的吸收,具有高效的紫外、可见、红外光及全光谱光致热催化降解VOCs的催化活性和稳定性,并且其光致热催化活性远高于作为基准光催化剂的商用TiO2(P25),克服了TiO2(P25)仅具有紫外光催化活性的不足。

Description

一种具有高效光热协同催化净化VOCs的Fe-Mn〇2催化剂的制备 方法
技术领域
[0001] 本发明涉及催化剂合成技术领域,具体涉及一种具有高效光热协同催化净化VOCs 的Fe-Mn〇2催化剂的制备方法。
背景技术
[0002] 挥发性有机物(VOCs)是大气污染物的主要成分,油漆涂料、石油化工、电器及汽车 涂装、制药、电子等诸多行业大量排放的高浓度VOCs,严重危害人类身体健康的同时,对生 态环境也造成了严重的威胁。一方面VOCs污染生态环境,在紫外光照射下,VOCs会与大气中 的其它气体污染物如s〇2、N〇x等化学成分发生反应,生成光化学烟雾、二次有机气溶胶等二 次污染物,并且破坏臭氧层,增加温室效应。另一方面,VOCs危害人体健康。我们知道,在所 有VOCs中,许多都有高毒性和强致癌性,如常见的苯、甲苯和二甲苯等为无色具有特殊芳香 气味的气体,经皮肤接触和吸收能够引起中毒,会造成嗜睡、头痛、呕吐等症状;经常接触 苯,皮肤可因脱脂而变干燥、脱肩,有的出现过敏性湿疹。
[0003] VOCs的治理技术包括吸附、光催化、以及催化氧化等,其中以活性炭或分子筛为吸 附剂的吸附技术、以负载型贵金属为催化剂的催化氧化技术研宄报道最多。吸附法所用到 的活性炭有一定的使用期限,需要定期更换,并且它对于C0和小分子的VOCs吸附能力差,吸 附后的炭在运输过程中被吸附的污染物很容易逸出,造成二次污染,产生的废液不能循环 使用,必须进行处理。以Ti02为代表的半导体光催化法是近年来发展较快的污染治理技术, 能通过光催化反应有效地降解较难控制的有机气体,产物(主要是〇)2和出0)无污染。但是 Ti02只能被紫外光激发,太阳利用率低,并且1102在使用过程当中,表面容易积碳导致失活。 热催化氧化法以催化效率高、不存在吸附饱和、无二次污染以及降解彻底等优点受到人们 的重视。但目前应用较为广泛的热催化剂主要还是贵金属负载,经济成本过高,很难进行大 规模的生产实践。例如Li等人通过Ce (N03) 3和尿素水热反应生成Ce02,并用浸渍法将贵金属 Pt负载于Ce〇2上,所得的复合催化剂具有较好的VOCs低温催化氧化活性(Li Y,Mao M,Lv H,et al.Environmental Science Nano,2016.)。因此我们需要研究高活性、价廉易得的催 化剂来代替贵金属催化剂。
[0004] 二氧化锰以其在自然界中的丰富存在,并且环境友好的特点受到人们的关注。中 国专利CN105797716A在酸性条件下将高锰酸钾和硫酸锰,通过回流法生成纯隐钾锰矿 (0MS_2)催化剂,对VOCs催化氧化具有比市面商业贵金属催化剂更好的活性。为了提高催化 活性,可以通过制备负载型催化剂,把具有较好催化性能的金属或者金属氧化物,负载到载 体的表面,制备出具有更好催化性能的催化剂。Hou等人将Ce (N03) 3和KMn04混合,通过简单 的水热反应,制备出Ce负载0MS-2的纳米催化剂,对苯有着很好的催化作用(Hou J,Li Y, Mao M,et al.The effect of Ce ion substituted 0MS-2 nanostructure in catalytic activity for benzene oxidation [J].Nanoscale,2014,6(24):15048-15058.)。
[OOOS]本申请通过Fe掺杂二氧化锰,制备出性能更优异的Fe-Mn02催化剂。与中国专利 CNl〇5797716A相比,本申请制得的催化剂在苯浓度同样为20〇〇mg/m3,空速sv = 96〇〇〇h-i的 条件下,苯的转化率为90 %时,温度更低。
发明内容
[0006]本发明的目的在于克服现有V0Cs污染治理技术存在的上述种种问题,提供一种具 有闻效光热协同催化净化VOCs的Fe-Mn〇2催化剂的制备方法。该复合催化剂在光热协同作 用下,能高效催化净化苯、甲苯和丙酮等挥发性有机污染物,并且原料价廉易得、工艺简单、 易于工业化。为实现上述目的,本发明所采用的技术方案如下:
[0007] —种具有尚效光热协同催化净化VOCs的Fe-Mn〇2催化剂的制备方法,包括以下步 骤:首先将可溶性Mn (II)盐和可溶性Fe (II)盐溶于水中,再向溶液中加入酸溶液和kmN〇4并 搅拌均匀,将混合溶液密封加热进行水热反应,冷却后固液分离,所得沉淀经洗潘、千燥即 得具有高效光热协同催化净化VOCs的Fe-Mn02复合催化剂。 _8]按照上述方案,反应物中可溶性Fe (II)盐、可溶性Mn (II)盐以及KMN04的摩尔比为 0.09375-0.375:1:2。
[0009]按照上述方案,所述可溶性Mn (II)盐为Mn (N〇3)2,所述可溶性Fe (n)盐为FeS〇4或 其水合物。 <
[0010]按照上述方案,所述酸溶液为66wt %的硝酸溶液,硝酸溶液加入量占溶液总体积 的1%。
[0011]按照上述方案,加入酸溶液进行酸化处理后,混合溶液中Mn2+的浓度为O.lm〇l/L。 [0012]按照上述方案,水热反应温度为75°C,水热反应时间为36h。
[0013]本发明利用Mn〇2优良的光热协同催化氧化性能,以Mn (N〇3) 2为还原剂,KMn〇4为氧 化剂,Fe2+为负载离子,采用水热氧化还原合成法,在温和的反应条件下,创新性的设计了 Fe-Mn〇2催化剂的制备方法,实现了在Fe掺杂Mn〇2复合催化剂中活性组分的光热协同催化作 用。同时发现,与传统的热催化氧化相比,在光热共同作用下,本申请所得&amp;-]^〇2催化剂的 催化氧化活性显著提高,其根源在于催化剂中的晶格氧与有机污染物分子的反应活性在光 热f同作用下得到了明显提高。本申请所得Fe-Mn02复合催化剂的光热协同催化氧化活性 远高于单纯Mn〇2的光热协同催化氧化活性,所得碱土金属掺杂111〇2复合催化剂能高效催化 降解苯等气相挥发性有机污染物。
[0014]与现有技术相比,本发明的有益效果在于:
[0015] 1)本发明制备的Fe-Mn〇2催化剂,具有高效低温光热协同催化氧化V0Cs的催化活 性,其光热协同催化活性远高于相同反应温度下的热催化活性,远高于单纯此〇2的光热协 同催化活性,极大地提高了挥发性有机气体催化净化效率;
[0016] 2)本发明提供的Fe-Mn02催化剂制备方法,原料价廉易得、反应条件温和、工艺简 单,易于工业化; _7] 3)本发明制备的Fe-Mn〇2催化剂,无需负载贵金属,显著降低了成本。
[00^8] 4)本发明制备的Fe_Mn02催化剂,在紫外、可见及红外光谱下均有很强的吸收,具 有高效的紫外、可见、红外光及全光谱光致热催化降解V0Cs的催化活性和稳定性。
[0019] 5)本发明制备的Fe-Mn02催化剂全太阳光谱光致热催化活性远高于作为基准光催 化剂的商用Ti〇2 (P25),且Ti02 (P25)仅具有紫外光催化活性。
附图说明
[0020]图1为实施例1制得的Fe-Mn〇2催化剂(Fe/Mn摩尔比1:10)分别在4个、3个太阳光强 下光热协同催化降解8ul苯生成C02的浓度变化对比图;
[0021]图2为实施例1制备的Fe-Mn〇2催化剂(Fe/Mn摩尔比1:10)在I2(rc-26(TC下光热协 同催化及热催化下降解流动式苯生成C〇2的浓度变化对比图;
[0022]图3为实施例1制备的Fe-Mn〇2催化剂(Fe/Mn摩尔比1:10)与Mn〇2在12(TC-24(TC热 催化下降解流动式苯生成C〇2的浓度变化对比图;
[0023]图4为实施例1制备的Fe-Mn〇2催化剂(Fe/Mn摩尔比1:10)在4个太阳光强下光热协 同催化8ul苯,以及Mn〇2光热协同催化8ul苯生成C〇2的浓度变化对比图;
[0024]图5为实施例2制得的Fe-Mn〇2催化剂(Fe/Mn摩尔比1:32)在4个太阳光强下光热协 同催化8yl苯,以及Mn〇2光热协同催化8ul苯生成C〇2的浓度变化对比图;
[0025]图6为实施例3制得的Fe-Mn〇2催化剂(Fe/Mn摩尔比1:16)在4个太阳光强下光热协 同催化8yl苯,以及Mn〇2光热协同催化8yl苯生成C02的浓度变化对比图;
[0026]图7为实施例4制得的Fe-Mn〇2催化剂(Fe/Mn摩尔比1:14)在4个太阳光强下光热协 同催化8yl苯,以及Mn〇2光热协同催化8yl苯生成C〇2的浓度变化对比图;
[0027]图8为实施例5制得的Fe-Mn〇2催化剂(Fe/Mn摩尔比1:12)在4个太阳光强下光热协 同催化8yl苯,以及Mn〇2光热协同催化8ul苯生成C02的浓度变化对比图;
[0028]图9为实施例6制得的Fe-Mn〇2催化剂(Fe/Mn摩尔比1:8)在4个太阳光强下光热协 同催化如1苯,以及Mn02光热协同催化&amp;U苯生成C02的浓度变化对比图;
[0029]图10为实施例7制得的Fe-Mn〇2催化剂(Fe/Mn摩尔比1:4)在4个太阳光强下光热协 同催化8y 1苯,以及Mn02光热协同催化8y 1苯生成C02的浓度变化对比图。 _30] 其中,实线代表〇)2浓度增量,虚线代表⑶2生成速率。
具体实施方式
[0031]为使本领域普通技术人员充分理解本发明技术方案和有益效果,以下结合具体实 施例进行进一步说明。
[0032] 实施例1
[0033] —种具有高效光热协同催化净化VOCs的Fe-Mn〇2复合催化剂(Fe/Mn摩尔比1:10) 的制备方法,具体步骤如下:
[0034] (1)称取O.OlmolMn (N〇3) 2和0.003mol FeS〇4 • 7出0,先后加入到装有99ml水和 lmlHN03 (AR,66wt%,下同)的烧杯中,磁力搅拌,得到FeS〇4与Mn (N〇3) 2的混合溶液;
[0035] ⑵再向混合溶液中加入〇 • 〇2molKMn〇4,磁力搅拌,得到的混合液密封好,放入75 °C烘箱内,进行水热氧化还原反应,反应时间36h;
[0036] (3)反应完成后,待烧杯冷却至室温,取出烧杯内的沉淀,经过滤、洗涤、烘干,得到 具有光热协同催化净化VOCs的Fe-Mn〇2复合催化剂。
[0037] 应用例1
[0038] 采用实施例1制得的Fe_Mn〇2复合催化剂光热协同催化降解8u 1苯,具体实验步骤 如下:
[0039] (1)称取0. lg实施例1制得的Fe-Mn02复合催化剂,涂在面积为4cmX 4cm保温棉的 中心2cmX2cm区域内(该区域提前被去禺子水润湿),保温棉用双面胶固定在直径11mm的玻 璃培养皿中心,并在50 °C烘箱内烘干;
[0040] (2)将培养皿放在一个设有石英玻璃窗口的气相光热催化反应器中,石英玻璃窗 口放置一个500W Xe灯光源,并通过自动取样装置与气相色谱仪连接,打开Xe灯,调节氙灯 电流为21A (催化剂表面光强为4〇9.13mw • cnf2,约为四个太阳光的光强);
[0041] (3)当C〇2浓度保持稳定后,向反应器中注入8yl苯,催化反应产生的C〇2浓度用气相 色谱仪进行在线检测分析。
[0042] 应用例1光热协同催化降解苯产生的C02浓度变化与时间关系见图U21A电流下, 光热协同催化5min后,C〇2增量为26〇28 • 53mg/m3,C〇2生成速率为602 • 2055timol/min • m3。 [0043] 对比例1
[0044] 采用实施例1制得的Fe-Mn〇2复合催化剂光热催化降解8yl苯,具体实验步骤与应 用例1基本相同,所不同的是:在催化反应过程中,氙灯电流为i 8 A (催化剂表面光强为 293.30mw • cm—2,约为三个太阳光的光强)。
[0045] 对比实例1中光热协同催化降解8ul苯产生的C02浓度变化与时间的关系见图1。光 热协同催化51^11后,(1)2增量为8310.23511^/1113,〇)2的生成速率为192.2686^11〇1/111丨11*1113。 [0046]由图1可知,三个太阳光光强下,同样质量的Fe_Mn〇2催化剂光热协同催化降解8ul 苯的C〇2生成速率是四个太阳光强下催化的0.32倍。
[0047] 应用例2
[0048] 采用实施例1制得的Fe-Mn〇2复合催化剂热催化降解流动式苯,具体实验步骤如 下:
[0049] (1)将〇_〇125g的催化剂放置于石英管反应器的中间(石英管内径为16111111,长度为 600mm)。将热电偶放置于反应器的内侧并与催化剂床层接触。固定床石英管反应器放置于 一个温度可控的管式炉中,催化温度以1°C/min的速度上升,且每上升20°C,在该温度点保 温40分钟。
[0050] (2)通过鼓泡器通入含有苯的混合空气,再将有苯的饱和蒸汽与另一股空气流量 汇合,通过调节两路气体流量比来控制进入固定床石英管反应器的苯的初始浓度。苯的初 始反应物浓度为2000mg m—3。总流速为20mL min—1 (空速SV=96,000mL g_1—catalyst h—工)。 [0051] ⑶将流动床的反应尾气通入气相色谱仪,进行在线检测分析。
[0052]应用例2热催化降解流动式苯产生的C02浓度变化与温度的关系见图2。热催化在 120°C 〜260°C 范围内,C02 浓度增量分别为 103.157、168.8894、341.1087、771.8207、 1976_43、3583.9〇1、5380.866、6〇64.2681^/1113,(:02的生成速率分别为3.751164、6.141433、 12•40395、28•06621、71_87018、130.3237、195•6679、220•5188wnol/min • m3。
[0053] 对比例2
[0054] 采用实施例1制得的Fe-MnOs复合催化剂光热协同催化降解流动式苯,具体实验步 骤与应用例1基本相同,所不同的是,在催化反应过程中,打开氙灯光源,电流为21A。
[0055]对比例2光热协同催化降解流动式苯产生的C02浓度变化与时间的关系见图2。光 热协同催化在120 °C〜260 °C下,C〇2浓度增量分别为170.8786、332.6747、649.7908、 1376 _46、2722.331、4618.83、6062 _264、6365.668mg/m3,C02 的生成速率分别为 6.213767、 12.09726、23.62876、50_05309、98.99385、167_9575、220.446、231_4788wnol/min • m3。 [0056]由图2可知,l2〇°C〜26(TC下Fe-Mn〇2复合催化剂光热协同催化降解流动式苯的C〇2 生成速率是热催化的1.〇5〜1.97倍。
[0057] 应用例3
[0058] 采用实施例1制得的Fe-Mn02复合催化剂热催化降解流动式苯,具体实验步骤与应 用例2基本相同,所不同的是,在催化反应过程中,催化剂用量为〇 . 0500g,总流速为40mL min-1 (空速SV = 48, OOOmL g—1-catalyst h—1)。
[0059] 应用例3中热催化降解流动式苯产生的C02浓度变化与温度的关系见图3。在180°C 下,C〇2浓度增量为 1817 • 173mg/m3,C02的生成速率为66.07902wnol/min • m3。
[0060] 对比例3
[0061]称取O.OlmolMn (N〇3)2和0_02molKMn〇4,加入到装有99ml水和lml浓HN〇3的烧杯中, 磁力搅拌,得到Mn (N〇3)2与KMn〇4混合溶液;将混合溶液密封好后,在75°C下反应36小时;反 应完成后,待烧杯冷却到室温,取出其中的沉淀,过滤、洗涤、烘干,得到Mn02粉末。
[0062] 采用所得到的Mn02催化剂热催化降解流动式苯,具体实验步骤与应用例2基本相 同,所不同的是,在催化反应过程中,催化剂用量为0 • 0500g,总流速为40mL min_1 (空速SV= 48,000mLg Lcataiyst h 4 <3Mn〇2热催化降解流动式苯广生的C〇2浓度变化与时间关系见图3。 在180°C下,C〇2浓度增量为628mg/m3,C〇2的生成速率为22.8ymol/min • m3。
[0063]由图3可知,140°C下Fe-Mn02复合催化剂热催化降解流动式苯的催化速率与Mn02 相差最大,C02生成速率是Mn02的4.16倍。
[0064] 应用例4
[0065]采用实施例1所得到的Fe-Mn02复合催化剂光热协同催化降解8ul苯,具体实验步 骤与应用例1相同。
[0066] 应用例4光热协同催化降解8y 1苯产生的C02浓度变化与时间关系见图4。光热协同 催化5min后,C〇2浓度增量为26028 • 53mg/m3,C02的生成速率为602.2055wnol/min • m3。
[0067] 对比例4
[0068] 采用对比例3所得到的Mn02催化剂光热协同催化降解如1苯,具体实验步骤与应用 例1相同。
[0069] 对比例4中光热协同催化降解8wl苯产生的C02浓度变化与时间的关系见图4。光热 协同催化5min后,C02浓度增量为6553mg/m3,C〇2的生成速率为151.6umol/min • m3。
[0070]由图4可知,四个太阳光强下Fe-Mn02复合催化剂光热协同催化降解8yl苯的C02生 成速率是胞02的3.97倍。
[0071] 实施例2
[0072] 具有高效光热协同催化净化VOCs的Fe-Mn〇2复合催化剂(Mg/Mn摩尔比为1:32)的 制备方法如下:
[0073] (1)称取0.01molMn(N03)2和0.0009375mol FeS04 • 7H20,先后加入到装有99ml水 和lml浓腿03的烧杯中,磁力搅拌,得到FeS〇4与Mn (N〇3) 2的混合溶液;
[0074] (2)再向混合溶液中加入0.02mol KMn〇4,进行磁力搅拌,得到的混合液密封好,放 入75°C烘箱内,进行水热氧化还原反应;
[0075] (3)反应36h后,待烧杯冷却至室温,取出烧杯内的沉淀,过滤、洗涤、烘干,得到具 有光热协同作用的Fe_Mn〇2复合催化剂。
[0076] 应用例2-1
[0077]采用本发明实施例2所得到的Fe-Mn〇2复合催化剂光热协同催化降解8ul苯,具体 实验步骤与实施例1的应用例1相同。
[0078] 应用例2-1光热协同催化降解Sul苯产生的C〇2浓度变化与时间的关系见图5。光热 协同催化5min后,C〇2浓度增量为别83 • 907mg/m3,C02的生成速率为196 • 2867wnol/min • m3。
[0079] 对比例2-1
[0080] 采用本发明实施例1对比例3所得到的Mn〇2催化剂光热协同降解8iil苯,具体实验 步骤与实施例1的应用例1相同。
[0081] 对比例2-1光热协同催化降解8ul苯产生的C〇2浓度变化与时间的关系见图5。光热 协同催化5min后,C〇2浓度增量为6553mg/m3,C02的生成速率为151.6wnol/min • m3。
[0082]由图5可知,Fe-MnOs复合催化剂光热协同催化降解Sul苯的c〇2生成速率是Mn02的 1.29 倍。
[0083] 实施例3
[0084] 具有高效光热协同催化净化VOCs的Fe-Mn02复合催化剂(Mg/Mn摩尔比为1:16)的 制备方法如下:
[0085] (1)称取O.OlmolMn ⑽3)2和0.001875mol FeS〇4 • 7H20,先后加入到装有99ml水和 lml浓HN03的烧杯中,磁力搅拌,得到FeS〇4与Mn (N03) 2的混合溶液;
[0086] ⑵再向混合溶液中加入0.02mol KMn〇4,进行磁力搅拌,得到的混合液密封好,放 入75°C烘箱内,进行水热氧化还原反应;
[0087] (3)反应36h后,待烧杯冷却至室温,取出烧杯内的沉淀,过滤、洗涤、烘干,得到具 有光热协同作用的Fe-Mn02复合催化剂。
[0088] 应用例3-1
[0089] 采用本发明实施例3所得到的Fe-Mn02复合催化剂光热协同催化降解8ul苯,具体 实验步骤与实施例1的应用例1相同。
[0090] 应用例3-1光热协同催化降解8ul苯产生的C〇2浓度变化与时间的关系见图6。光热 协同催化5min后,C〇2浓度增量为8044.689mg/m3,C〇2的生成速率为186.1248wnol/min • m3。
[0091] 对比例 3-;L
[0092] 采用本发明实施例1对比例3所得到的Mn〇2催化剂光热协同降解8ul苯,具体实验 步骤与实施例1的应用例1相同。
[0093] 对比例3-丨光热协同催化降解8yl苯产生的⑶2浓度变化与时间的关系见图6。光热 协同催化5min后,C02浓度增量为6553mg/m3,C02的生成速率为151.6wnol/min • m3。
[OO94] 由图6可知,Fe-Mn〇2复合催化剂光热协同催化降解8yl苯的C02生成速率是Mn〇2的 1.23 倍。
[0095] 实施例4
[0096] 具有高效光热协同催化净化VOCs的Fe-Mn〇2复合催化剂(Fe/Mn摩尔比为1:14)的 制备方法如下:
[0097] (1)称取O.OlmolMn (N〇3)2和0.00214286mol FeS〇4 • 7H20,先后加入到装有99ml水 和lml浓HN03的烧杯中,磁力搅拌,得到FeS04与Mn (N〇3) 2的混合溶液;
[0098] ⑵再向混合溶液中加入0.02mol KMn04,进行磁力搅拌,得到的混合液密封好,放 入75°C烘箱内,进行水热氧化还原反应;
[0099] (3)反应36h后,待烧杯冷却至室温,取出烧杯内的沉淀,过滤、洗涤、烘干,得到具 有光热协同作用的Fe-Mn02复合催化剂。
[0100] 应用例4-1
[0101]采用实施例4所得到的?6,!1〇2复合催化剂光热协同催化降解如1苯,具体实验步 骤与实施例1的应用例1相同。
[0102] 应用例4-1光热协同催化降解如1苯产生的⑶2浓度变化与时间关系见图7。光热协 同催化5min后,C〇2浓度增量为16113.67mg/m3,C02的生成速率为372 • 8118wnol/min • m3。
[0103] 对比例4-1 _4] 采用实施例1对比例3所得到的Mn02催化剂光热协同催化降解8ul苯,具体实验步 骤与实施例1的应用例1相同。
[0105] 对比例4-1中光热协同催化降解8yl苯产生的C02浓度变化与时间的关系见图7。光 热协同催化5min后,C02浓度增量为6553mg/m3,C02的生成速率为151.6Miol/min • m3。
[0106]由图7可知,四个太阳光强下Fe-Mn02复合催化剂光热协同催化降解8yl苯的C02生 成速率是血02的2.46倍。
[0107] 实施例5
[0108] 具有高效光热协同催化净化VOCs的Fe-Mn02复合催化剂(Fe/Mn摩尔比为1:12)的 制备方法如下:
[0109] (1)称取0.01molMn(N〇3)2和0.0025mol FeS〇4 • 7H20,先后加入到装有99ml水和 lml浓HN03的烧杯中,磁力搅拌,得到FeSCk与Mn (N〇3) 2的混合溶液;
[0110] (2)再向混合溶液中加入0.02mol KMn〇4,进行磁力搅拌,得到的混合液密封好,放 入75°C烘箱内,进行水热氧化还原反应; (3)反应36h后,待烧杯冷却至室温,取出烧杯内的沉淀,过滤、洗涤、烘干,得到具 有光热协同作用的Fe-Mn〇2复合催化剂。
[0112] 应用例5-1
[0113] 采用实施例5所得到的?6-111〇2复合催化剂光热协同催化降解8yl苯,具体实验步 骤与实施例1的应用例1相同。
[0114] 应用例5-1光热协同催化降解8yl苯产生的⑶2浓度变化与时间关系见图8。光热协 同催化5min后,C02浓度增量为22835.69mg/m3,C〇2的生成速率为528.3347wnol/min • m3。 [0115] 对比例5-1
[0116] 采用实施例1对比例3所得到的Mn02催化剂光热协同催化降解8ul苯,具体实验步 骤与实施例1的应用例1相同。
[0117] 对比例5-1中光热协同催化降解8ul苯产生的C02浓度变化与时间的关系见图8。光 热协同催化5min后,C〇2浓度增量为6553mg/m3,C〇2的生成速率为151.6wiiol/min • m3。
[0118]由图8可知,四个太阳光强下Fe-Mn02复合催化剂光热协同催化降解8yl苯的⑶2生 成速率是伽02的3.49倍。
[0119] 实施例6
[0120] 具有高效光热协同催化净化VOCs的Fe-Mn02复合催化剂(Fe/Mn摩尔比为1:8)的制 备方法如下:
[0121] (1)称取0.〇lmolMn(N〇3)2和〇.〇〇375mol FeS〇4 • 7H20,先后加入到装有99ml水和 lml浓HN03的烧杯中,磁力搅拌,得到FeS〇4与Mn (N〇3) 2的混合溶液;
[0122] ⑵再向混合溶液中加入O.〇2mol KMn〇4,进行磁力搅拌,得到的混合液密封好,放 入75°C烘箱内,进行水热氧化还原反应;
[0123] (3)反应36h后,待烧杯冷却至室温,取出烧杯内的沉淀,过滤、洗涤、烘干,得到具 有光热协同作用的Fe-Mn02复合催化剂。
[0124] 应用例6-1
[0125] 采用实施例6所得到的Fe-Mn02复合催化剂光热协同催化降解8ul苯,具体实验步 骤与实施例1的应用例1相同。
[0126] 应用例6-1光热协同催化降解8ul苯产生的C〇2浓度变化与时间关系见图9。光热协 同催化51!^11后,〇)2浓度增量为19282.0711^/1113,〇)2的生成速率为446.1169^11〇1/1^11*1113。
[0127] 对比例6-1
[0128] 采用实施例1对比例3所得到的Mn02催化剂光热协同催化降解8ul苯,具体实验步 骤与实施例1的应用例1相同。
[0129] 对比实例6-1中光热协同催化降解8U1苯产生的C〇2浓度变化与时间的关系见图9。 光热协同催化5min后,C〇2浓度增量为6553mg/m3,C〇2的生成速率为151.6timol/min • m3。 [0130]由图9可知,四个太阳光强下Fe-Mn〇2复合催化剂光热协同催化降解8ul苯的C02生 成速率是胞02的2.94倍。
[0131] 实施例7
[0132] 具有高效光热协同催化净化VOCs的Fe-Mn02复合催化剂(Fe/Mn摩尔比为1:4)的制 备方法如下:
[0133] (1)称取0_01molMn(N〇3)2和0.0〇75mol FeS〇4 • 7H20,先后加入到装有99ml水和 lml浓HN03的烧杯中,磁力搅拌,得到FeS〇4与Mn (N〇3) 2的混合溶液;
[0134] ⑵再向混合溶液中加入0.02mol KMn04,进行磁力搅拌,得到的混合液密封好,放 入75 °C烘箱内,进行水热氧化还原反应;
[0135] (3)反应36h后,待烧杯冷却至室温,取出烧杯内的沉淀,过滤、洗涤、烘干,得到具 有光热协同作用的Fe-Mn02复合催化剂。
[0136] 应用例7-1
[0137] 采用实施例7所得到的Fe-Mn02复合催化剂光热协同催化降解8ul苯,具体实验步 骤与实施例1的应用例1相同。
[0138] 应用例7-1光热协同催化降解8iil苯产生的C02浓度变化与时间关系见图10。光热 协同催化5min后,C〇2浓度增量为28419 • 31mg/m3,C〇2的生成速率为657.5195iimol/min • m3。
[0139] 对比例7-1
[0140] 采用实施例1对比例3所得到的Mn〇2催化剂光热协同催化降解8ul苯,具体实验步 骤与实施例1的应用例1相同。
[0141] 对比例7-1中光热协同催化降解8U1苯产生的C02浓度变化与时间的关系见图1〇。 光热协同催化5min后,C〇2浓度增量为6553mg/m3,C〇2的生成速率为151.6l4mol/min • m3。
[0142] 由图10可知,四个太阳光强下Fe-Mn〇2复合催化剂光热协同催化降解8ul苯的C〇2生 成速率是麻02的4.34倍。
[0143]上面结合附图对本发明的实施例进行了描述,但是本发明并不局限于上述的具体 实施方式,上述的具体实施方式仅仅是示意性的,而不是限制性的,本领域的普通技术人员 在本发明的启示下,在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下,还可做出很多 形式的改变,这些均属于本发明的保护之内。

Claims (6)

1.一种具有高效光热协同催化净化VOCs的Fe-Mn〇2催化剂的制备方法,其特征在于,包 括以下步骤:首先将可溶性Mn (II)盐和可溶性Fe (II)盐溶于水中,再向溶液中加入酸溶液 和KMN04并搅拌均匀,将混合溶液密封加热进行水热反应,冷却后固液分离,所得沉淀经洗 涤、干燥即得具有高效光热协同催化净化VOCs的Fe-Mn02复合催化剂。
2. 根据权利要求1所述的一种具有高效光热协同催化净化VOCs的Fe-Mn02催化剂的制备 方法,其特征在于:反应物中可溶性Fe (II)盐、可溶性Mn (I I)盐以及K丽04的摩尔比为 0.09375-0.375:1:2。
3. 根据权利要求1所述的一种具有高效光热协同催化净化VOCs的Fe-Mn〇2催化剂的制备 方法,其特征在于:所述可溶性Mn (II)盐为Mn (N03) 2,所述可溶性Fe (II)盐为FeS〇4或其水合 物。
4.根据权利要求1所述的一种具有高效光热协同催化净化VOCs的Fe_Mn〇2催化剂的制备 方法,其特征在于:所述酸溶液为66wt %的硝酸溶液,硝酸溶液加入量占溶液总体积的1 %。
5.根据权利要求1所述的一种具有高效光热协同催化净化VOCs的Fe-Mn〇2催化剂的制备 方法,其特征在于:加入酸溶液进行酸化处理后,混合溶液中Mn2+的浓度为0. lmol/L。
6.根据权利要求1所述的一种具有高效光热协同催化净化VOCs的Fe-Mn〇2催化剂的制备 方法,其特征在于:水热反应温度为75°C,水热反应时间为36h。
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