[發明專利]磁性納米Cu-Fe3O4/石墨烯復合催化劑的制備及其在還原硝基化合物中的應用

有效

• 申請號: 201210440954.5
• 申請日: 2012-11-06
• 公開（公告）號: CN102921422A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發明（設計）人: 何光裕;劉偉鋒;陳海群;朱俊武;孟啟;陳群;汪信
• 申請（專利權）人: 常州大學
• 主分類號: B01J23/745
• 分類號: B01J23/745;C07C215/76;C07C213/02;C07C211/51;C07C209/36;C07C211/52;C07C211/47
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技術領域

本發明屬于磁性催化劑領域，具體是涉及一種磁性納米Cu-Fe₃O₄/石墨烯復合催化劑及其在還原硝基化合物中的應用。

背景技術

納米催化劑由于其比表面大、表面活性中心數目多及獨特的催化性能而備受矚目。然而，納米催化劑粒徑較小，難以通過傳統的離心和過濾的方法從反應體系中分離出去，這使得納米催化劑的回收成為了一個工程難點，大大限制了其應用。近年來，可磁分離的納米催化劑（磁性物質和活性組分相結合）的快速發展使得納米催化劑在外加磁場下即可得到分離，回收簡便，而且該磁性納米催化劑兼具高活性和易分離兩個特點。盡管如此，磁性納米材料由于其比表能較大及具有磁性，很容易發生團聚，將其負載在載體上不失為一種很好的解決辦法。石墨烯作為一種更具潛力的載體，比表面積巨大，是目前最理想的二維納米材料，已經被廣泛的作為納米金屬粒子和金屬氧化物的優良載體。

目前，有關于金屬納米顆粒-Fe₃O₄/石墨烯異質結構復合材料的制備的報道較少，例如：Li等人先通過共沉淀法制備Fe₃O₄/石墨烯，經過L-賴氨酸橋連劑和PVP穩定劑的修飾后與貴金屬的鹽溶液反應，選擇性的將Pt，Pd或者PtPd納米粒子負載在Fe₃O₄/石墨烯復合材料的表面，納米粒子的分散性好，產量高(Chem.Eur.J.2012,18,7601)；Hu等人所使用的方法與之相似，先制備出磺化石墨烯(s-G)，然后通過共沉淀法制備Fe₃O₄/s-G，最后與鈀鹽溶液反應得到Pd/Fe₃O₄/s-G(Catal.Sci.Technol.,2012,2,2332)，通過該方法制備的Pd/Fe₃O₄/s-G復合材料可以很均勻的分散在水中或者是水/乙醇體系中。但是這類方法制備金屬納米顆粒-Fe₃O₄/石墨烯復合材料的步驟繁多，過程復雜，在一定程度上限制了其工業化生產。因此，尋求一種簡便而易于工業化生產的金屬-Fe₃O₄/石墨烯復合材料的制備方法成為亟待解決的問題。

本發明在溶劑熱條件下，直接以氧化石墨和可溶性二價鐵鹽及銅鹽為原料，通過一步溶劑熱法制備了具有高催化活性的磁性納米Cu-Fe₃O₄/石墨烯復合催化劑，通過氧化石墨的氧化作用將部分的二價鐵鹽氧化，從而生成了Fe₃O₄，避免了三價鐵鹽的的使用，節約了生產成本，Cu，Fe₃O₄和石墨烯三者的協同作用使得該復合材料具有較高的催化活性，而且該制備方法簡便，易于工業化生產。

發明內容

本發明的目的就是克服背景技術的不足，采用簡便的方法經過溶劑熱過程制備出一種新型高催化活性而且兼具磁性的納米Cu-Fe₃O₄/石墨烯復合催化劑，并且提供此催化劑在還原硝基化合物中的應用。

實現本發明目的的技術解決方案為一步溶劑熱法制備磁性納米Cu-Fe₃O₄/石墨烯復合催化劑，主要包括以下步驟：

（1）將氧化石墨置于水溶性醇中超聲分散；

（2）將二價鐵鹽超聲溶解于水中，然后滴加至（1）溶液中，攪拌均勻；

（3）將銅鹽超聲溶解于水中，加入氫氧化鈉溶液調節pH至10~11，抽濾洗滌得到固體產物，置于水溶性醇中超聲分散，再滴加至（2）的混合液中攪拌均勻，再滴加氫氧化鈉溶液調節pH至10~11，攪拌均勻，置于水熱釜中反應；

（4）將步驟（3）的產物進行磁分離，分離出固體產物，用去離子水洗滌，干燥，獲得磁性納米Cu-Fe₃O₄/石墨烯復合催化劑。

作為優選，（2）中所述的二價鐵鹽為硫酸亞鐵和氯化亞鐵。

作為優選，（3）中所述的銅鹽為硝酸銅和氯化銅。

作為優選，（1）和（3）中所述的水溶性醇為乙醇和乙二醇。

作為優選，銅鹽、二價鐵鹽和氧化石墨烯的質量比為(10~40):(5~15):1。

作為優選，（3）中溶劑熱反應的溫度為160~200℃，反應時間為10~16h。