[發(fā)明專利]用于雙氧水制氧的多孔金屬擔載二氧化錳催化劑制備方法

有效

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• 申請日: 2013-05-27
• 公開（公告）號: CN103272651A
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發(fā)明（設計）人: 劉賓虹;賀繁;樓燚俊;馮獻中;李洲鵬
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: B01J35/10
• 分類號: B01J35/10;B01J23/889;B01J23/86;C01B13/02
• 代理公司: 杭州中成專利事務所有限公司 33212
• 代理人: 周世駿

技術領域

本發(fā)明涉及催化劑的制備，更具體地說，本發(fā)明涉及一種在多孔金屬上擔載二氧化錳形成的多孔材料為催化劑，實現可控的氧氣發(fā)生方法。

背景技術

雙氧水是含氧量較高的常見化合物（含氧量高達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，實現可控的雙氧水制氧。專利（CN101327428）報道了直徑為2～3mm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。它能使實驗室雙氧水制氧可用類似啟普發(fā)生器的裝置來控制完成。反應方程式如下：

2H₂O₂→2H₂O+O₂

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，設備笨重，不適用于長距離的水下運載工具或長時間水下工作的裝備。采用雙氧水制氧，在催化反應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。儲氧密度高，適合水下運載工具長距離和長時間工作的需要。

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。當雙氧水作為燃料電池的氧源時，為了提高燃料電池的系統(tǒng)的能量密度，必須使用高濃度的雙氧水。而高濃度雙氧水的分解反應過程和供氧速度無法實現有效控制。目前使用的類似啟普發(fā)生器，這種方法雖然能在氧氣發(fā)生速度較小的情況下一定程度上控制反應過程和供氧速度，但是對于氧氣發(fā)生速度大，需要大流量供氧的情況，往往會發(fā)生反應速度不穩(wěn)定，響應時間長的現象。高速氧氣發(fā)生所產生的沖擊力會導致催化劑的粉化，透過濾網而回流到雙氧水溶液，導致雙氧水反應和氧氣發(fā)生的失控。

發(fā)明內容

本發(fā)明要解決的技術問題是，克服現有技術的不足，提供一種用于雙氧水制氧的多孔金屬擔載二氧化錳催化劑制備方法，該催化劑能使雙氧水分解制氧過程可控。

為了解決技術問題，本發(fā)明的解決方案是：

提供一種用于雙氧水制氧的多孔金屬擔載二氧化錳催化劑制備方法，包括以下步驟：

（1）?在1?L濃度為2～15?wt%的硫酸錳溶液中添加0.03～0.08?g二氧化硒和110～130?g硫酸銨，并以此混合溶液作為電解液；以尺寸為5?cm?x?5?cm?x?1.5?mm、空隙率為50～95%的多孔金屬材料置于電解槽內作為陰極；以尺寸為5?cm?x?5?cm?x?2?mm的電解錳為陽極；陰極電流密度為35～45?mAcm^-2?進行恒電流電沉積，電沉積溫度控制在30～40?℃，電沉積時間為0.5～2?h；

（2）將完成錳電沉積的多孔金屬材料取出，洗凈、干燥，置于氮氣保護的管式爐中經500～800?^oC溫度下熱處理3～8?h后，隨爐冷卻至300～400?℃；再將氮氣切換為空氣，氧化處理10～30?min，得到多孔金屬材料擔載的二氧化錳催化劑。

本發(fā)明中，所述的多孔金屬材料為泡沫鎳、泡沫銅或者多孔不銹鋼材料。

本發(fā)明中，所述的多孔金屬材料是以粉末冶金法由不銹鋼粉末壓制成型后燒結而成。

與現有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明利用多孔金屬材料的微孔作為氧氣的傳輸通道，大大降低氧氣發(fā)生時氧氣泡產生的快速體積膨脹在雙氧水中產生的沖擊波，通過在多孔金屬材料上電沉積金屬錳及后續(xù)的熱處理，在基體金屬和錳的界面形成合金，使金屬錳沉積物與基體金屬之間產生很強的結合力。二氧化錳在金屬錳的基礎上生成，不易從錳上脫落，極大地提高了催化劑的壽命。利用啟普氣體發(fā)生原理，通過控制產生氧氣的壓力，調整雙氧水與多孔金屬擔載二氧化錳催化劑接觸的面積與時間，從而實現可控氧氣發(fā)生。

附圖說明

圖1為利用啟普氣體發(fā)生器，使用多孔金屬擔載二氧化錳催化劑進行雙氧水分解制氧的裝置圖。

附圖標記為：1雙氧水，2球形漏斗，3導氣管，4多孔金屬擔載二氧化錳催化劑，5容器，6導氣管閥門。

具體實施方式

下面結合具體實施方式對本發(fā)明進一步詳細描述：

實施例一：電鍍液配制