[發明專利]用于甲醛溶液催化制氫的負載型納米銅磁性催化劑及其制備方法

無效

• 申請號: 201010215945.7
• 申請日: 2010-07-02
• 公開（公告）號: CN101862656A
• 公開（公告）日: 2010-10-20
• 發明（設計）人: 季生福;劉鴻飛;季俊紅;楊偉
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: B01J23/745
• 分類號: B01J23/745;B01J32/00;C01B3/22;C01B3/32
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 霍京華

技術領域：

本發明涉及一種用于甲醛水溶液催化轉化制取氫氣的負載型納米銅磁性催化劑及其制備方法。

背景技術：

一些化工過程，如合成纖維、有機合成、染料生產、制漆行業，以及木材加工中，有些工段排放的甲醛廢水其甲醛含量相當高，通常甲醛的濃度在0.2g/L～4.0g/L之間，有時甚至高達10g/L以上。這些含甲醛的廢水不處理會給環境帶來很大的污染，因此需要分解處理后才能排放。目前，甲醛廢水的處理大多采用吸附或催化降解的方法，但對于較高甲醛濃度的廢水，處理成本很高。

1995年，Millar等發現甲醛可以在Cu/SiO₂催化劑表面發生吸附，并產生聚甲醛(Millar?G?J，Rochester?C?H.Waugh?K?C.An?FTIR?study?of?the?adsorption?of?formic?acid?and?formaldehyde?on?potassium?promoted?Cu/SiO₂catalyst.J.Catal.，1995，155：52-58)。后來，Hung等發現甲醛可以在Fe的(100)晶面發生吸附，并在較低溫度下分解為CO和H₂(Hung?W?H，Bernasek?S?L.The?adsorption?and?decomposition?of?formaldehyde?and?formic?acid?on?the?clean?and?modified?Fe(100)surface.Surf.Sci.，1996，346：165-188)。Strbac等也發現甲醛可以在Au的(111)晶面吸附，并發生氧化反應生成CO和H₂(Stadler?R，Jusys?Z，Baltruschat?H.Oxidation?of?formaldehyde?and?ethanol?on?Au(111)and?Au(111)modified?by?spontaneously?deposited?Ru?in?sulfuric?acid?solution.Electrochim.Acta.，2009，54：5408-5412)。最近Bi等報道，甲醛溶液可以在納米金屬Cu催化劑上反應產生H₂(Bi?Y?P，Lu?G?X.Nano-Cu?catalyze?hydrogen?production?from?formaldehyde?solution?at?room?temperature.Int.J.Hydrogen?Energy，2008，33：2225-2232)，但這種納米金屬Cu催化劑在反應后，其分離和回收都比較麻煩，催化劑的重復使用也比較困難，使得這一催化反應過程的應用受到限制。到目前為止，用于甲醛溶液催化制H₂的負載型納米Cu催化劑尚未見公開報道。

Fe₃O₄是一種具有超順磁性能的材料，負載催化活性組分后可以制成磁性催化劑，這樣的磁性催化劑在液相催化反應后，通過外加磁場就能實現分離，因此具有很好的應用前景。本發明使用價格便宜的FeCl₂·4H₂O和FeCl₃·6H₂O為鐵源，制成了磁性Fe₃O₄；為了提高Fe₃O₄的穩定性，又在Fe₃O₄表面裹覆了一層SiO₂，制成磁性Fe₃O₄@SiO₂顆粒；最后將磁性Fe₃O₄@SiO₂顆粒分散于銅氨絡合物中，通過水合肼還原，制得了負載型磁性Cu/Fe₃O₄@SiO₂催化劑。同時將磁性Cu/Fe₃O₄@SiO₂催化劑在室溫條件下進行了甲醛溶液的催化制氫反應，得到了純度較高的氫氣，并且可以通過外加磁場很容易實現催化劑和反應物的分離，還可以重復使用多次，表現出了很好的催化性能。將本發明的磁性Cu/Fe₃O₄@SiO₂催化劑用于工業甲醛廢水制氫，不僅可以消除甲醛廢水對環境的污染，而且可以制得清潔能源氫氣，因此對節能減排具有重要的應用價值。

發明內容：