CN113134212B - 一种Mn0.6Ce0.4O2催化剂在室温下对微塑料的降解性能 - Google Patents

一种Mn0.6Ce0.4O2催化剂在室温下对微塑料的降解性能 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种Mn0.6Ce0.4O2催化剂在室温下对微塑料的降解应用，该室温催化剂Mn0.6Ce0.4O2的制备特点是，以水为溶剂，在搅拌条件下加入六水合硝酸铈、高锰酸钾和盐酸，经过水热反应后离心洗涤干燥，通过低温煅烧即可制备出Mn0.6Ce0.4O2催化剂。该室温催化剂的制备方法环保，简单，成本低廉，产品纯净，在室温条件下能够很好去除微塑料中的残渣污染物，该催化剂具有良好的应用前景。

Description

一种Mn0.6Ce0.4O2催化剂在室温下对微塑料的降解性能
技术领域
本发明涉及工业废水处理领域，具体涉及一种Mn0.6Ce0.4O2催化剂在室温下对微塑料的降解性能。
背景技术
化石燃料衍生的合成塑料的生产不断增加和大量使用，引发了严重的白色污染问题。特别是微塑料(小于5毫米的塑料颗粒)，具有分布广泛、体积小、难降解等特点,严重危害了人类和其它生物的健康。塑料污染的治理方法包括过滤、焚烧和臭氧氧化等，过滤法，仅能使之与水体等环境进行物理分离，而不能降解；焚烧法和臭氧氧化方法能耗高，而且对环境产生二次污染物。热催化技术具有较低能耗，催化剂可循环应用，不产生二次污染等特点。但是，传统热催化方法一般也需要较高温度，必然消耗化石能源。因此，亟需一种条件温和(尤其室温条件下)，操作简单的方案来解决这一问题。若能够制造一种能够在室温条件下高效降解微塑料的催化材料，不消耗化石资源，意义重大，也颇具挑战性。铈锰氧化物具有丰富的表面氧空位，被广泛应用于氧化挥发性有机物和CO等有毒气体降解。在已有的报道中，黄庆庆等人报道了CuO/Ce-Mn-O催化剂的制备方法及其应用(申请公布号：CN105344359A)，该文仅探究了铈锰氧化物在85—100℃对CO有害气体的降解，无法在室温下应用，仍然消耗化石能源。李思阳等人报道了一种电芬顿法预处理水环境微塑料样品的装置(申请公布号： CN211971846U)，但是该方法程序较为复杂，能耗较高。调研表明，尚未有铈锰氧化物应用在室温下催化降解微塑料的报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种Mn0.6Ce0.4O2催化剂在室温下对微塑料的降解性能。本发明通过一种简单的水热反应，就可以得到性能优越的Mn0.6Ce0.4O2催化剂。本发明只需将催化剂加入到含有微塑料水分散体系中，在室温下搅拌，即可有效地降解微塑料。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：
一种Mn0.6Ce0.4O2催化剂在室温下对微塑料的降解应用，通过氧化还原沉淀法和水热法相结合制备Mn0.6Ce0.4O2催化剂，所制备的Mn0.6Ce0.4O2催化剂用于降解微塑料中的残渣污染物。
其中Mn0.6Ce0.4O2催化剂的制备步骤为：
a)在搅拌条件下，向水中加入六水合硝酸铈；
b)向步骤a)的反应物溶液中加入高锰酸钾和盐酸，搅拌一段时间；
c)将步骤b)的混合溶液加入到聚四氟乙烯内衬中，在恒温水热条件下反应10-14小时；
d)将水热反应物经过离心、洗涤、干燥，并在330-370℃的温度下煅烧3-5小时，产物即为Mn0.6Ce0.4O2。
作为优选的方案，向步骤a)的反应物溶液中加入高锰酸钾和盐酸后，搅拌15-25min。
作为优选的方案，步骤c)中，恒温水热反应温度为100℃，在100℃恒温水热条件下反应 12小时。
作为优选的方案，步骤d)中，经过离心、洗涤、干燥的水热反应物在350℃的温度下煅烧 4小时，
作为优选的方案，六水合硝酸铈与高锰酸钾的加入质量比为(1.6-2.2):1。
作为优选的方案，步骤b)中，加入的高锰酸钾和浓盐酸的加入质量/体积比为(8-10): (15-25)g/ml。
作为优选的方案，所制备的Mn0.6Ce0.4O2催化剂用于降解聚乙烯微塑料。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明制备的Mn0.6Ce0.4O2催化剂材料，其制作方法简易、成本低廉、重现性好，在室温下能够有效的降解微塑料中的残渣污染物。本发明的降解方法不需要加热，因此不消耗化石能源，成本低，本发明具有显著的应用前景。
附图说明
图1：实施例1制备的Mn0.6Ce0.4O2催化剂的X射线衍射(XRD)图。
图2：实施例1制备的Mn0.6Ce0.4O2催化剂的扫描电子显微镜(SEM)图。
图3：实施例2制备的Mn0.6Ce0.4O2催化剂对微塑料中的主要成分(LDPE)的红外降解图。其中，混合物指的是Mn0.6Ce0.4O2与LDPE以质量比为1:2混合(室温35℃)。
具体实施方式
以下通过实施例的形式对本发明的上述内容再作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。
下述实施例中所使用的实验方法，如无特殊说明均为常规方法，所用的试剂、方法和设备，如无特殊说明均为本技术领域常规试剂、方法和设备。
本发明提供了一种Mn0.6Ce0.4O2催化剂在室温下对微塑料的降解应用，通过氧化还原沉淀法和水热法相结合制备Mn0.6Ce0.4O2催化剂，所制备的Mn0.6Ce0.4O2催化剂用于降解微塑料中的残渣污染物。
实施例1
室温下，在烧杯中，将0.4118g的六水合硝酸铈加入盛有20mL水溶液的烧杯中，搅拌 5分钟后，加入0.225g的高锰酸钾和0.5ml浓盐酸，搅拌20分钟，转移到聚四氟乙烯内衬中， 100℃恒温水热反应12小时；洗涤、离心、干燥，产物放到马弗炉中，350℃恒温煅烧反应4 小时，即得到Mn0.6Ce0.4O2。
实施例2
Mn0.6Ce0.4O2催化剂用于降解微塑料中的残渣污染物测试过程如下：
将实施例1制得到的Mn0.6Ce0.4O2催化剂，降解含有LDPE的水溶液。
称取50mg催化剂和100mg LDPE进行研磨，取一部分留作初始混合物A，另一部分放入100ml水的烧杯中进行35℃水浴搅拌，间隔一段时间，用滴管吸取15ml左右进行烘干，得到混合物B，同理，多次取点，得到混合物C、D等，最后全部烘干。将得到的混合物，通过红外测试，峰谱图的变化，来确定微塑料的降解情况。如图3所示，混合物在45h时便出现了新的乙烯基和亚乙烯基峰、醇的羟基伸缩振动峰和C-O伸缩振动峰。证明聚乙烯发生了裂解，随着时间的再次推迟，裂解的小分子又进一步被催化氧化。这表明通过Mn0.6Ce0.4O2催化剂来催化氧化微塑料是切实可行的，且操作简便，节能无二次污染。
图1为实施例1制备的Mn0.6Ce0.4O2催化剂的X射线衍射(XRD)图。由图1可见，实施例1制备的产品分别与原始CeO2标准卡(JCPDS:34-0394)和MnO2标准卡(JCPDS:80-1098) 相关，实施例1制备产品是纯相的Mn0.6Ce0.4O2催化剂。
图2为实施例1制备的Mn0.6Ce0.4O2催化剂的扫描电子显微镜(SEM)图。由图2可见，实施例1所制备的Mn0.6Ce0.4O2催化剂形貌为非晶态颗粒。
图3为实施例2制备的Mn0.6Ce0.4O2催化剂对微塑料中的主要成分(LDPE)的红外降解图。其中，混合物指的是Mn0.6Ce0.4O2与LDPE以质量比为1:2混合(室温35℃)。由图3可见，随着搅拌时间的延长，出现了新的乙烯基和亚乙烯基峰、醇的羟基伸缩振动峰和C-O伸缩振动峰，LDPE发生裂解后，小分子又进一步被氧化，表明Mn0.6Ce0.4O2催化剂能有效催化降解LDPE。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种Mn0.6Ce0.4O2催化剂在室温下对微塑料的降解应用，其特征在于：通过氧化还原沉淀法和水热法相结合制备Mn0.6Ce0.4O2催化剂，所制备的Mn0.6Ce0.4O2催化剂用于降解微塑料中的残渣污染物聚乙烯；其中Mn0.6Ce0.4O2催化剂的制备步骤为：
a)在搅拌条件下，向水中加入六水合硝酸铈；
b)向步骤a)的反应物溶液中加入高锰酸钾和浓盐酸，搅拌一段时间；
c)将步骤b)的混合溶液加入到聚四氟乙烯内衬中，在恒温水热条件下反应10-14小时；
d)将水热反应物经过离心、洗涤、干燥，并在330-370℃的温度下煅烧3-5小时，产物即为Mn0.6Ce0.4O2。
2.根据权利要求1所述的Mn0.6Ce0.4O2催化剂在室温下对微塑料的降解应用，其特征在于：向步骤a)的反应物溶液中加入高锰酸钾和浓盐酸后，搅拌15-25 min。
3.根据权利要求1所述的Mn0.6Ce0.4O2催化剂在室温下对微塑料的降解应用，其特征在于：步骤c)中，恒温水热反应温度为100℃，在100℃恒温水热条件下反应12小时。
4.根据权利要求1所述的Mn0.6Ce0.4O2催化剂在室温下对微塑料的降解应用，其特征在于：步骤d)中，经过离心、洗涤、干燥的水热反应物在350℃的温度下煅烧4小时。
5.根据权利要求1所述的Mn0.6Ce0.4O2催化剂在室温下对微塑料的降解应用，其特征在于：六水合硝酸铈与高锰酸钾的加入质量比为（1.6-2.2）:1。
6.根据权利要求1所述的Mn0.6Ce0.4O2催化剂在室温下对微塑料的降解应用，其特征在于：步骤b)中，加入的高锰酸钾和浓盐酸的加入质量/体积比为（8-10）:（15-25）g/ml。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114918242B (zh) * 2022-05-07 2023-06-23 浙江大学 一种基于同轴型dbd等离子体技术的微塑料污染土壤修复装置及方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101239317A (zh) * 2008-03-18 2008-08-13 上海大学 用于焦炉煤气湿组分干气化的催化剂及其制备方法
CN101279906A (zh) * 2007-12-27 2008-10-08 浙江科技学院 一种液相催化降解废旧聚丙烯塑料生产醋酸的方法
CN102964669A (zh) * 2012-11-17 2013-03-13 云南省农业科学院甘蔗研究所 一种农用地表覆盖除草降解地膜生产方法
CN104190402A (zh) * 2014-08-13 2014-12-10 南京信息工程大学 铈掺杂催化剂材料及其制备方法和应用
CN104815671A (zh) * 2015-05-21 2015-08-05 武汉理工大学 选择性催化还原低温脱硝催化剂及其制备方法
CN105944712A (zh) * 2016-05-23 2016-09-21 南京信息工程大学 一种新型钼酸铈钠/三氧化钼复合光催化剂的制备方法
CN111282565A (zh) * 2020-03-24 2020-06-16 清华大学盐城环境工程技术研发中心 一种MnCeOx催化剂的制备方法及应用
WO2020220193A1 (zh) * 2019-04-29 2020-11-05 南京融众环境工程研究院有限公司 一种负载型纳米Ag/MnCeO x/凹凸棒土催化剂及其制备方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101279906A (zh) * 2007-12-27 2008-10-08 浙江科技学院 一种液相催化降解废旧聚丙烯塑料生产醋酸的方法
CN101239317A (zh) * 2008-03-18 2008-08-13 上海大学 用于焦炉煤气湿组分干气化的催化剂及其制备方法
CN102964669A (zh) * 2012-11-17 2013-03-13 云南省农业科学院甘蔗研究所 一种农用地表覆盖除草降解地膜生产方法
CN104190402A (zh) * 2014-08-13 2014-12-10 南京信息工程大学 铈掺杂催化剂材料及其制备方法和应用
CN104815671A (zh) * 2015-05-21 2015-08-05 武汉理工大学 选择性催化还原低温脱硝催化剂及其制备方法
CN105944712A (zh) * 2016-05-23 2016-09-21 南京信息工程大学 一种新型钼酸铈钠/三氧化钼复合光催化剂的制备方法
WO2020220193A1 (zh) * 2019-04-29 2020-11-05 南京融众环境工程研究院有限公司 一种负载型纳米Ag/MnCeO x/凹凸棒土催化剂及其制备方法
CN111282565A (zh) * 2020-03-24 2020-06-16 清华大学盐城环境工程技术研发中心 一种MnCeOx催化剂的制备方法及应用

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