Page 143 - 《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
醇（10 mmol/L）和对苯醌（100 mmol/L）分别进行
•–
•OH、O 2 两种自由基捕获实验，实验方法同 1.4 节，
结果如图 12 所示。由图 12 可知，加入叔丁醇和对
苯醌后，MB 降解率由无捕获剂的 94.4%分别降至
•–
70.3%和 84.7%，表明催化过程中存在•OH、O 2 两种
自由基。
图 12 不同自由基捕获剂对催化降解 MB 的影响
Fig. 12 Effect of different radical scavengers on MB
degradation efficiency
本文提出了 Mn 3 O 4 -C 催化 H 2 O 2 氧化降解 MB
可能的机理图，如图 13 所示。首先，MB 分子会通
过静电吸引或其他方式被吸附到碳表面，这种吸附
使 MB 分子在 Mn 3 O 4 附近的有效浓度大大增加，从
而提升催化剂的催化效率；然后，固定在碳上的
Mn 3 O 4 纳米颗粒催化 H 2 O 2 产生活性自由基促进 MB
分子的降解；最后，产生的小分子无机物（如 CO 2 、
2–
H 2 O 和 SO 4 等）从催化剂表面解吸进入溶液体系。
图 13 Mn 3 O 4 -C 纳米催化剂催化 H 2 O 2 降解 MB 的机理图
Fig. 13 Mechanism diagram of H 2 O 2 catalyzed MB
degradation by Mn 3 O 4 -C nanocatalyst
3 结论
以 MnCl 2 为锰源，采用 PVA 介导的沉淀法制备
了 PVA/Mn 3 O 4 ，PVA/Mn 3 O 4 复合物炭化冻干后制备
了超小尺寸的碳载 Mn 3 O 4 纳米催化剂 Mn 3 O 4 -C。以
MB 为目标物进行类芬顿催化氧化降解性能研究。
·599·
（1）Mn 3 O 4 -C 制备过程中， PVA 分子链间的
Mn 3 O 4 纳米粒子平均粒径为（3.2±0.8） nm，而
Mn 3 O 4 -P 的 Mn 3 O 4 纳米粒子平均粒径为（38.8±
9.3） nm，表明 PVA 在 Mn 3 O 4 成核和生长过程中，
能够有效阻止纳米粒子的聚集和长大，使纳米粒子
维持在一个超小尺寸。Ar 保护炭化处理后，碳基底
上的 Mn 3 O 4 纳米粒子平均粒径为（4.5±1.2） nm，
表明炭化过程中纳米粒子具有一定程度的长大。
（2）Mn 3 O 4 -C 催化剂表现出高效类芬顿催化氧
化降解亚甲基蓝的能力。80 ℃下，75 mg/L Mn 3 O 4 -C
和 4 mL H 2 O 2 在 40 min 内对 MB（40 mg/L，40 mL）
的降解率达到 94.4%。Mn 3 O 4 -C 纳米催化剂能够高
•–
效地催化 H 2 O 2 产生•OH、O 2 等自由基，以氧化降解
MB 分子。
（3）由于碳基底的固定作用，Mn 3 O 4 -C 完成催
化反应后，Mn 3 O 4 的损失率仅为 0.54%，且经过 3
次循环后，仍能保持较好的催化活性。
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