Page 141 - 《精细化工》2023年第3期

第 3 期 陈润奇，等: 超小尺寸碳载 Mn 3 O 4 纳米催化剂制备及其催化性能 ·597·

所示。 MB 的贡献较小。H 2 O 2 （MB+H 2 O 2 ）以及热解炭和
H 2 O 2 （C+MB+H 2 O 2 ）对 MB 的降解率分别为 29.8%
和 29.7%，说明热解炭几乎没有催化氧化降解 MB 的
能力。当 H 2O 2 和催化剂共存于降解体系中时，MB 降
解率显著升高，40 min 时 Mn 3O 4-C、Mn 3O 4-P 对 MB
的降解率分别为 94.4%、66.8%。并且通过 ICAP 测得
Mn 3O 4-C 中 Mn 3O 4 质量分数为 46.1%，而纯热解炭几
乎没有催化作用。Mn 3O 4-C 的高催化活性可能来源于
更小尺寸的高活性Mn 3O 4 纳米粒子或者Mn 3O 4 与碳基
底之间的协同作用。表 2 为 Mn 3O 4-C 催化剂与文献报
道的 Mn 3O 4 纳米材料对 MB 的催化降解效果比较。表
2 结果表明，本文制备的 Mn 3O 4-C 纳米催化剂比文献
报道的催化剂具有更高的催化活性。

图 6 Mn 3 O 4 -C 和 H 2 O 2 催化降解体系下 MB 溶液颜色随
时间的变化（a）；不同降解时间下 MB 溶液的紫外-
可见吸收光谱（b）
Fig. 6 Color change of MB solution with time in Mn 3 O 4 -C
and H 2 O 2 catalytic degradation system (a); UV-Vis
absorption spectra of MB solution at different
degradation time

由图 7 可知，Mn 3 O 4 -P、Mn 3 O 4 -C 对 MB 的降 图 7 不同条件下催化剂降解 MB 性能比较
Fig. 7 Comparison of MB degradation performance of
解率分别为 2.2%、7.3%，表明物理吸附过程对去除 catalysts under different conditions conditions

表 2 本文制备的 Mn 3 O 4 纳米催化剂与已报道的 Mn 3 O 4 纳米材料在 MB 降解方面的催化活性比较
Table 2 Comparation of catalytic activity of the as-prepared Mn 3 O 4 nanocatalyst in this paper with reported Mn 3 O 4
nanomaterials in MB degradation
材料形貌 反应条件 η/% 参考文献
纳米颗粒 MB (10 mg/L, 50 mL), Mn 3O 4 (400 mg/L), UV+H 2O 2 (2 mL), 常温, 180 min 49 [26]
纳米棒 62
纳米花状 73
纳米颗粒 MB (20 mg/L, 100 mL), Mn 3O 4 (200 mg/L), H 2O 2 (15 mL), 80 ℃, 180 min 99.7 [27]
纳米棒 MB (42 mg/L, 120 mL), Mn 3O 4 (83 mg/L), H 2O 2 (20 mL), 80 ℃, 60 min 95 [28]
纳米颗粒 MB (42 mg/L, 120 mL), Mn 3O 4 (100 mg/L), H 2O 2 (20 mL), 80 ℃, 60 min 99.3 [29]
Mn 3O 4-C MB (40 mg/L, 40 mL), Mn 3O 4-C (75 mg/L), H 2O 2 (4 mL), 80 ℃, 40 min 94.4 本文

2
用准一级动力学模型方程〔式（2）〕对图 7 的 降解 MB 的线性相关系数（R ）依次为 0.987、0.994
结果进行拟合得出相应材料对 MB 催化氧化降解的 和 0.967，说明降解反应基本遵循准一级反应动力学过
表观速率常数，拟合结果如图 8 所示。 程。不同材料的表观速率常数如表 3 所示。表 3 结果表
ln     （2） 明，Mn 3 O 4 -C 的表观速率常数远大于 Mn 3O 4 -P 和 C，
/
kt
0
式中：ρ 0 （mg/L）和 ρ（mg/L）分别表示 MB 的初 Mn 3 O 4 -C 具有更高的催化活性。
–1
始质量浓度和最终质量浓度；k（min ）为表观速 溶液 pH 是影响类芬顿反应的一个重要因素。
率常数；t（min）为反应时间。 在 H 2 O 2 投加量为 4 mL、Mn 3 O 4 -C 质量浓度为
由图 8 发现，热解炭（C）、Mn 3 O 4 -P、Mn 3 O 4 -C 75 mg/L 的条件下，实验条件同 1.4 节，研究反应体