本發明屬于污水處理領域，特別涉及一種介態錳酸鐵反式尖晶石及其制備方法和應用。所述介態錳酸鐵反式尖晶石的分子式為Fe₃Mn₃O₈，是由錳鐵羥基氧化物晶體向錳酸鐵晶體過渡的介態微晶結構，化學式為：[FeⅢ][MnⅡFeⅢ]O₄[MnⅢ][FeⅡMnⅢ]O₄，或者，[FeⅢ][FeⅡFeⅢ]O₄[MnⅢ][MnⅡMnⅢ]O₄)；其中，所述Ⅱ、Ⅲ分別表示Fe或Mn的化合價為+3價或+2價。本發明的介態錳酸鐵反式尖晶石進一步提高了單金屬羥基氧化物的催化能力，提高和臭氧的傳質與利用率；同時，本發明制備的介態錳酸鐵反式尖晶石具有優異的催化能力、穩定性和回收再利用性。

技術領域

本發明屬于污水處理領域，特別涉及一種污水降解催化劑及其制備方法。

背景技術

近年來，隨著水質分析檢測手段和技術的進步，自然水體中頻繁檢出種類繁多的痕量有機污染物，如藥物、有機農藥、內分泌干擾物等，這些污染物的存在濃度較低，但在常規的生物處理和物化處理工藝中很難被有效地控制，對人類健康和生態安全構成了潛在的威脅。

臭氧作為一種強氧化劑，具有很強的氧化有機污染物的能力，反應速度快且不會引起二次污染，被廣泛地應用于除藻，除色除嗅味，提高難降解有機物和天然大分子有機物的生物降解性等領域。臭氧氧化去除水中的有機物主要包括兩種反應途徑：一是臭氧對有機物的直接氧化，二是臭氧分解產生的強氧化性·OH對有機物的間接氧化。非均相催化臭氧氧化工藝可以有效促進臭氧分解為·OH，從而提高水中難降解有機物的去除效果。非均相催化臭氧氧化工藝由于加入到反應體系的固體催化劑易于回收處理，避免了因向反應體系中加入復雜化學藥劑引起的二次污染，同時具有操作運行簡單、維護較為方便等特點，因此在實際水處理過程中具有良好的應用前景。

鐵基和錳基化合物是非均相臭氧化降解有機物中常使用的高效臭氧催化劑，主要包括單體金屬氧化物/羥基氧化物、負載型金屬氧化物等。鐵酸鹽和錳酸鹽化合物由于穩定、具有磁性且利于回收及無二次污染等優點，在廢水處理和高級氧化工藝中被廣泛應用。本發明認為，催化劑的活性往往與其表面晶形結構、金屬離子飽和度等有關。由于催化反應一般發生在催化劑表面的活性位點，因此為了促進特定化學反應的進行，通過調控制備方法和相應制備條件，構造具有結構缺陷和氧空位的高活性反應位點是提高催化劑催化活性的重要手段。

發明內容

為了解決上述現有技術存在的問題，本發明提供了一種介態錳酸鐵反式尖晶石及其制備方法和應用，本發明制備的介態錳酸鐵反式尖晶石進一步提高了單金屬羥基氧化物的催化能力，提高臭氧的傳質與利用率，具有優異的催化能力、穩定性和回收再利用性，能夠高效去除水中有機物污染物。

本發明的第一目的，是提供介態錳酸鐵反式尖晶石。本發明中的介態錳酸鐵具有獨特的反式尖晶石八面體結構。

本發明的第二目的，是提供一種介態錳酸鐵反式尖晶石的制備方法。本發明采用鐵鹽、錳鹽和氫氧化鈉作為制備原料，在常溫常壓條件下通過均勻沉淀法制備而成，工藝簡單，便于操作，且催化劑的制備周期相對較短。

本發明的第三目的，是提供上述介態錳酸鐵反式尖晶石的應用。本發明制備的催化劑在微污染水源水或污水處理中具有良好的催化凈化效果。

為實現上述發明目的，本發明公開了下述技術方案：

首先，本發明公開介態錳酸鐵反式尖晶石，其分子式為Fe₃Mn₃O₈，是由錳鐵羥基氧化物晶體向錳酸鐵晶體過渡的介態微晶結構，化學式為：[FeⅢ][MnⅡFeⅢ]O₄[MnⅢ][FeⅡMnⅢ]O₄，或者，[FeⅢ][FeⅡFeⅢ]O₄[MnⅢ][MnⅡMnⅢ]O₄)，其中，所述Ⅱ、Ⅲ分別表示Fe或Mn的化合價為+3價或+2價。