[發(fā)明專利]用于雙氧水分解制氧的催化劑的制備方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201310202125.8 | 申請日： | 2013-05-27 |
| 公開（公告）號： | CN103272615A | 公開（公告）日： | 2013-09-04 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 劉賓虹;賀繁;樓燚俊;馮獻(xiàn)中;李洲鵬 | 申請（專利權(quán)）人： | 浙江大學(xué) |
| 主分類號： | B01J23/89 | 分類號： | B01J23/89;C01B13/02;B01J32/00;B01J35/10 |
| 代理公司： | 杭州中成專利事務(wù)所有限公司 33212 | 代理人： | 周世駿 |
| 地址： | 310058 浙江*** | 國省代碼： | 浙江;33 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 用于 雙氧水 分解 催化劑 制備 方法 | ||
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及催化劑制備，特別涉及用于雙氧水分解制氧的催化劑的制備方法。
背景技術(shù)
無人水下運(yùn)載工具的功能和續(xù)航能力取決于其功力電源，目前主要以鉛酸電池和銀鋅電池作為電源，但其能量密度很低（20~25?Wh?kg-1），已難以滿足無人水下運(yùn)載工具的要求。鋰離子電池通常也只能達(dá)到80~100?Wh?kg-1。利用燃料電池發(fā)電可將電源能量密度提高到250~500?Wh?kg-1，極大滿足無人水下運(yùn)載工具對電源的要求。
通常，氧發(fā)生器以空氣為原料，用變壓吸附法將空氣中的氧氣與氮?dú)夥蛛x，并濾除空氣中的有害物質(zhì)，從而獲取高濃度氧。可以提供純度77%±3的氧氣滿足各方需求，安裝和運(yùn)行費(fèi)用低于瓶裝或液化氧氣。但在一些特殊場合如太空、水下，沒有空氣存在的條件下無法生產(chǎn)氧氣。
在無氧條件下，加熱高錳酸鉀或氯酸鉀和二氧化錳的混合物生產(chǎn)氧氣，但加熱法很難控制，且高錳酸鉀或氯酸鉀分解為強(qiáng)烈放熱反應(yīng)，無法應(yīng)對燃料電池對氧供應(yīng)的多變需求。過氧化氫溶液（雙氧水）在催化劑（主要為二氧化錳，三氧化二鐵、氧化銅、銀等）的作用下，通過改變催化劑和雙氧水的接觸情況可有效地控制雙氧水分解生成O2和H2O的反應(yīng)，化學(xué)方程式為：?
2H2O2?=?2H2O+O2↑
如果僅僅使用粉末或顆粒狀的催化劑，催化劑在雙氧水分解時(shí)常常會隨氧氣流一塊帶出，需要外加分離手段才能得到純凈的氧氣。很顯然，粉末狀的催化劑無法有效、及時(shí)地改變催化劑和雙氧水的接觸狀態(tài)，因此粉末催化劑不適用于可控的雙氧水分解反應(yīng)生產(chǎn)氧氣。
雙氧水是含氧量較高的常見化合物（含氧量高達(dá)94?wt%），是一種透明液體。高濃度的雙氧水很不穩(wěn)定，容易分解，釋放其一半的氧，占其質(zhì)量的47?wt%。通常加入穩(wěn)定劑如磷酸并稀釋到一定濃度如5?wt%，通過催化劑作用，實(shí)現(xiàn)可控的雙氧水分解制氧。專利（CN101327428）報(bào)道了直徑為2～3?mm的沙子或其他不溶性固體小顆粒表面均勻膠粘防水膠[如硬質(zhì)聚氯乙烯塑料(PVC-U)快速膠粘劑]，然后在其防水膠上粘附粉末狀二氧化錳制成表面具有催化活性的“三合一”不溶性固體小顆粒催化劑。它能使實(shí)驗(yàn)室雙氧水制氧可用類似啟普發(fā)生器的裝置來控制完成。但是，雙氧水分解產(chǎn)生氧氣泡，其體積的快速膨脹在雙氧水中產(chǎn)生巨大的沖擊波，這種沖擊波沖擊傳統(tǒng)負(fù)載型催化劑，常常導(dǎo)致催化劑和載體的脫離，嚴(yán)重影響催化劑的壽命及制氧系統(tǒng)的可靠性。
目前水下通常采用釋放鋼瓶裝的高壓空氣或氧氣來獲得氧氣，與雙氧水制氧方式相比，儲氧密度低，設(shè)備笨重，不適用于長距離的水下運(yùn)載工具或長時(shí)間水下工作的裝備。采用雙氧水制氧，在催化反應(yīng)過程中不需要外加能量就可以把H2O2中的氧釋放出來，極為便利。雙氧水儲氧密度高，適合水下運(yùn)載工具長距離和長時(shí)間工作的需要。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種用于雙氧水分解制氧的催化劑的制備方法。合成得到的催化劑使雙氧水分解制氧過程可控。
為了解決技術(shù)問題，本發(fā)明的解決方案是：
提供一種用于雙氧水分解制氧的催化劑及其制備方法，包括以下步驟：
（1）將硝酸銀溶于水中配制成濃度為0.5～3?wt%的硝酸銀溶液；取20?毫升硝酸銀溶液導(dǎo)入試管，將孔徑為0.1～2?毫米的泡沫鎳的固體樣品浸沒于硝酸銀溶液后，升溫至40～80℃，進(jìn)行置換反應(yīng)1～2小時(shí)；因Ni的溶出，溶液顏色由反應(yīng)前的無色透明狀變成綠色，再冷卻至室溫；
（2）將硼氫化鈉溶于濃度為5?wt%的氫氧化鈉溶液中，配制成硼氫化鈉濃度為4?wt%的堿性硼氫化鈉溶液；取15?毫升堿性硼氫化鈉溶液導(dǎo)入步驟（1）的試管中，硼氫化鈉將此前溶液中的Ni離子還原成金屬鎳再沉積到固體樣品上；待到溶液顏色消失，表明溶液中的鎳離子都已被還原成金屬鎳；
（3）將固體樣品取出，洗凈、烘干后置于馬弗爐，在氮?dú)夥毡Ｗo(hù)下300～500℃下煅燒2～5小時(shí)，得到泡沫鎳為載體的銀催化劑。
本發(fā)明中，在完成步驟（2）后取出固體樣品，再重復(fù)步驟（1）、（2）數(shù)次，然后再執(zhí)行步驟（3）。這樣可得到銀載量更高，分布更彌散的泡沫鎳為載體的銀催化劑，可顯著提高催化劑的催化活性和壽命。
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