[發明專利]用負載氧化銅介孔碳材料去除水溶液中酚的方法

無效

• 申請號: 201010126701.1
• 申請日: 2010-03-17
• 公開（公告）號: CN101791538A
• 公開（公告）日: 2010-08-04
• 發明（設計）人: 胡龍興;黨松濤
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/32;C02F1/28;B01J23/72;C02F101/36
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

技術領域

本發明涉及一種用負載氧化銅介孔碳材料去除水溶液中酚的方法，屬催化劑制備及應用技術領域。

背景技術

1999年Ryoo等首次以介孔氧化硅材料MCM-48為模板、蔗糖為碳源合成了有序介孔碳材料CMK-1。這是多孔碳材料發展史上的重要突破。有序介孔碳材料通常具有較高的比表面積、可調的孔尺寸、相互連通的孔道及可修飾的表面，在化學工業、能源與環境、生物技術、吸附分離、催化及光、電、磁等眾多領域具有廣泛的應用前景。在傳統的催化劑應用領域中，通過使用活性炭固定化離散的催化劑，利用活性炭的吸附性能富集催化質，再通過催化劑的催化作用達到催化的目的是一個較熱門的課題。用傳統的活性炭負載催化劑，存在著某些固有缺陷。首先，活性炭的孔徑較小，大多在微孔范圍內，難以吸附大分子的催化質和負載大分子的催化劑。其次，傳統的活性炭比表面積與孔容都較小，對吸附質的吸附量有限。同時，在某些情況下，活性炭較小的孔徑和孔容在一定程度上不利于液體和氣體的傳質，從而妨礙催化反應的進行。因此，為了提高對催化劑的負載量及吸附質的吸附量、提高催化劑的催化效率，采用新的具有較大孔徑和比表面積的催化劑載體、降低催化劑的使用成本，是有意義和迫切需要的。介孔碳具有均一可調的介孔孔徑、易于修飾的內表面、穩定且易于摻雜的無定型碳骨架，以及高比表面積和孔容等屬性，使其可用作吸附劑和作為催化劑載體。使用介孔碳作為催化劑載體的優勢在于：(1)介孔碳具有較高的比表面積，可以具有很大的吸附量及負載量；(2)介孔碳的孔道可控，可增強催化劑在催化過程中的催化活性；(3)介孔碳具有高度有序的孔道結構和均一的表面性質，可預測催化劑在負載過程中的行為；(4)負載活性金屬氧化物催化劑的操作過程非常簡單和可靠。

發明內容

本發明提供一種用負載氧化銅的介孔碳材料吸附-催化氧化某些特定物質的方法。以介孔碳材料CMK-3為載體，活性金屬氧化物氧化銅(CuO)為負載對象，利用等體積浸漬和在惰性氣體中焙燒的方法，將氧化銅負載在介孔碳CMK-3的孔道內。利用吸附及循環使用實驗驗證了該材料對水中苯酚具有吸附及催化氧化性能。

為達到上述目的，本發明采用下述技術方案：

a.活性金屬氧化物氧化銅的負載：將0.2～0.4重量份Cu(NO₃)₂·3H₂O溶解于4重量份去離子水中，并與1重量份CMK-3充分混合。將此混合物先于340～360K烘15h，再在惰性氣氛中于510～530K下焙燒2h，自然冷卻，就得到了負載氧化銅的介孔碳材料(記為CuO/CMK-3)。以Cu的質量分數計，此時CuO/CMK-3對氧化銅的負載量為5-10％。

b.CuO/CMK-3對水中苯酚的吸附及催化性能：將100mL濃度為50mg·L^-1的苯酚溶液放入具塞三角瓶中，加入0.03～0.07g?CuO/CMK-3粉末，在氣浴恒溫振蕩器中于30℃恒溫吸附1h。吸附結束后，將吸附有苯酚的CuO/CMK-3從水中分離，于30℃干燥至恒重得到吸附樣品。將吸附樣品置于瓷舟中，在空氣氣氛下于220～250℃催化氧化1h，升溫速率為3～5℃·min^-1。經過催化氧化實驗的吸附樣品再進行下一輪的吸附-催化氧化循環實驗。

本發明的特點是：以介孔碳材料CMK-3為載體、Cu(NO₃)₂·3H₂O為前驅物，利用一種簡便的方法將金屬氧化物CuO負載入CMK-3的孔道之中，形成了一種對水中苯酚的有效吸附-催化氧化劑。在負載CuO的過程中，采用了等體積浸漬法和在惰性氣體中焙燒的方法，使得在CMK-3孔道中形成的CuO顆粒具有晶粒小、分散性強的優點，有利于催化氧化水中苯酚。制得的吸附-催化劑CuO/CMK-3具有良好的循環使用效果，其在220-250℃即可以將所吸附的苯酚完全催化氧化為水和二氧化碳，且經過7次吸附-催化氧化循環后，仍舊對水中苯酚具有良好的吸附性能。

附圖說明

圖1為制備的CMK-3及CuO/CMK-3的小角XRD圖。

圖2為制備的CuO/CMK-3的大角XRD圖。

圖3為制備的CuO/CMK-3的透射電鏡圖。

圖4為CuO/CMK-3對水中苯酚的多次吸附-催化氧化效果。

具體實施方式

結合以下具體實施例，對本發明作進一步詳細說明。

實施例1