一种二氧化锰水凝胶及制备方法、应用

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，具体涉及一种二氧化锰水凝胶及制备方法、应用。

背景技术

随着人口的增长和经济的发展，人类对淡水资源的需求不断增加，工业废水的排放量在逐渐增加，工业废水中有机染料和挥发性污染物不仅具有致癌性还会破坏生态环境。因此利用太阳能蒸汽进行持续的海水淡化和废水净化被认为是解决这一问题的有效方法之一。目前，在界面光热转化蒸馏的领域，通过光催化和膜拦截等方式来阻止VOCs通过蒸发的过程进入冷凝淡水。通过物理的选择性拦截已经被证明是阻碍VOCs和水蒸气一起蒸发的一项有效策略，但是VOCs会在源水中积累和储存。而通过光催化的方式原位降解VOCs则成为一种更有前景的处理策略。将光催化引入光热蒸发系统能够协同地解决单一系统存在的问题，如活性氧组分能够氧化沉积的有机物，防止微生物膜的生成以及纳米粉末光催化剂难以回收重复利用的问题。为实现更高的光热转换率，实现水蒸发技术，就首先需要良好的光吸收材料，能在较宽的波长范围内尽量消除透射和反射，以实现高效率的光吸收与能量转化，同时，基体材料需要构筑合适孔道结构来向蒸发表面连续不断的供水，以实现光热转化去除有机污染物。

发明内容

本发明的目的在于提供一种二氧化锰水凝胶在去除水中有机污染物的应用，二氧化锰水凝胶能有效去除挥发性有机污染物，通过结合光热蒸发与光热催化降解水体中难去除的挥发性有机污染物，为光热转化去除有机污染物和VOCs提供新途径。

本发明的另一目的在于提供一种二氧化锰水凝胶的制备方法，该制备方法采用发泡式交联聚合方法合成，制备工艺简单，可实现工程化量产。

本发明的第三个目的在于提供一种二氧化锰水凝胶，此二氧化锰水凝胶具有易制备、热稳定性、优异的光热转换能力等优点。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

本发明提出一种二氧化锰水凝胶在去除水中有机污染物的应用。

包括以下步骤：

配置浓度为25mg/L的苯酚溶液模拟化工废水的污染物，向苯酚溶液中加入二氧化锰水凝胶，并通过氙灯光照进行光热催化降解苯酚。

本发明还提出一种二氧化锰水凝胶的制备方法，该方法包括以下步骤：

将二氧化锰纳米材料、丙烯酰胺、N,N-亚甲基双丙烯酰胺加入蒸馏水中形成均相的混合液；

在快速机械搅拌下向混合液中加入发泡剂，持续搅拌使混合液发泡；

混合液充分发泡之后，加入催化剂，使其产生交联聚合反应形成流体水凝胶，最后加入成形剂，使得流体水凝胶迅速变成固体水凝胶，得到产物多孔的二氧化锰水凝胶。

本发明还提出一种由上述制备方法制得的二氧化锰水凝胶。

与现有技术相比，本发明有益效果是：

(1)本发明制备的二氧化锰水凝胶具有良好的力学稳定性，能够有效去除水中有机污染物，适用范围广、稳定性高，不仅能够有效去除废水中常见的染料污染物，还能够高效解决水中致癌的挥发性污染物苯酚污染的问题，适合不同环境的水体。

(2)本发明的二氧化锰水凝胶具有海绵状的多孔结构，从而实现蒸发器优异的光吸收、较高的蒸发效率。

(3)本发明制备的二氧化锰水凝胶能有效去除挥发性有机污染物，采用发泡式交联聚合方法合成，制备工艺简单，可实现工程化量产。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施案例1中制备中的β-MnO

图2为本发明实施案例1中制备中的β-MnO

图3为本发明实施案例1中制备中的β-MnO

图4为本发明实施案例2中1个太阳光辐射强度下0.5～2cm不同厚度的四组二氧化锰水凝胶(β-MnO

图5为本发明实施案例2中0.5～2.0kw四组不同太阳辐射强度条件下的1.5cm厚二氧化锰水凝胶(β-MnO

图6为本发明实施案例3中β-MnO

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面对本发明实施例的一种二氧化锰水凝胶及制备方法、应用进行具体说明。

本发明实施例提供了一种二氧化锰水凝胶在去除水中有机污染物的应用。

进一步地，在本发明较佳实施例中，所述的应用，包括以下步骤：

配置浓度为25mg/L的苯酚溶液模拟化工废水的污染物，向苯酚溶液中加入二氧化锰水凝胶，并通过氙灯光照进行光热催化降解苯酚。

本发明还提供了一种二氧化锰水凝胶的制备方法，该方法包括以下步骤：

将二氧化锰纳米材料、丙烯酰胺、N,N-亚甲基双丙烯酰胺加入蒸馏水中形成均相的混合液；

在快速机械搅拌下向混合液中加入发泡剂，持续搅拌使混合液发泡；

混合液充分发泡之后，加入催化剂，使其产生交联聚合反应形成流体水凝胶，最后加入成形剂，使得流体水凝胶迅速变成固体水凝胶，得到产物多孔的二氧化锰水凝胶。

进一步地，在本发明较佳实施例中，所述二氧化锰纳米材料的制备方法为：

将分析纯水合硫酸锰和过硫酸钠在室温下加入去离子水形成均相溶液，然后转移到反应釜中，并在120℃下保持12小时，反应完成后，得到黑色固体产物，经过滤、洗涤、烘干，得到二氧化锰纳米材料。

进一步地，在本发明较佳实施例中，所述分析纯水合硫酸锰和所述过硫酸钠的体积比为1:1。

进一步地，在本发明较佳实施例中，所述发泡剂为十二烷基硫酸钠。

进一步地，在本发明较佳实施例中，所述催化剂为N,N,N′,N′-四甲基乙二胺。

进一步地，在本发明较佳实施例中，所述成形剂为硫酸盐水溶液。

本发明还提供了上述的制备方法制得的二氧化锰水凝胶。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1：二氧化锰水凝胶(β-MnO

(1)先将0.8mol分析纯水合硫酸锰和等量的过硫酸钠在室温下加入60mL去离子水形成均相溶液，然后转移到内衬特氟隆的不锈钢中并在120℃下保持12小时。反应完成后，将所得黑色固体产物过滤，用去离子水洗涤以除去产物中可能残留的离子，最后在60℃烘箱中干燥24h，得到MnO

(2)首先将步骤(1)得到的7.0gβ-MnO

(3)图1为实施案例1制备的二氧化锰水凝胶(β-MnO

(4)图2为实施案例1制备的二氧化锰粉末与水凝胶(β-MnO

(5)图3为实施案例1制备的二氧化锰水凝胶(β-MnO

实施例2：不同的实验条件对二氧化锰水凝胶(β-MnO

(1)图4为本实验案例2中一个太阳光辐射强度下0.5～2cm不同厚度的四组二氧化锰水凝胶(β-MnO

(2)图5为本实验案例2中由0.5～2.0kw四组不同太阳辐射强度条件下的1.5cm厚二氧化锰水凝胶(β-MnO

实施例3：β-MnO

(1)通过收集测量模拟光热催化含苯酚的模拟化工废水的污染物浓度用于验证催化剂的光热催化效果。基于β-MnO

(2)实验结果：如图6所示，在光热催化降解苯酚的过程中，黑暗条件下仅有1％浓度苯酚挥发，在光热条件下，25℃条件下降解率为63.7％，在50℃的条件下降解率达到69.7％，通过比较不同温度条件下的苯酚降解率，可以说明加热溶液可以提高β-MnO

以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。