[發明專利]一種用于降解甲基橙的含金催化劑及其制備和應用

有效

• 申請號: 201410837152.7
• 申請日: 2014-12-24
• 公開（公告）號: CN104525254A
• 公開（公告）日: 2015-04-22
• 發明（設計）人: 王玥;郭建生
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: B01J31/02
• 分類號: B01J31/02;C02F1/58;C02F1/72;C02F101/38;C02F101/34;C02F103/30
• 代理公司: 上海泰能知識產權代理事務所 31233
• 代理人: 黃志達

技術領域

本發明屬于降解甲基橙材料及其制備和應用領域，特別涉及一種用于降解甲基橙的含金催化劑及其制備和應用。

背景技術

甲基橙是一種水溶性染料，廣泛地應用于紡織印染行業，同時，甲基橙也是典型的致癌致畸變有害物質，對環境和人體危害巨大。因此，降解紡織印染行業廢水中的甲基橙對保護環境和人體健康有重要意義。現有的降解甲基橙的方法多是利用半導體材料(例如二氧化鈦)的光催化效應或多種化學物理綜合作用(包括氧化、輻射、超聲等作用)使甲基橙降解。但這些技術所需設備昂貴、工藝復雜、處理效率低下，很難滿足現實需要。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種用于降解甲基橙的含金催化劑及其制備和應用，本發明無需大型專業設備，也無需吸附、過濾、攪拌等工藝，只需將含金催化劑加入到含甲基橙的廢水中，在過氧化氫的作用下通過自發的擴散作用即可降解甲基橙。

本發明的一種用于降解甲基橙的含金催化劑，所述含金催化劑為：將離子液體通過固載在多孔氧化硅上的引發劑接枝到多孔氧化硅上，然后吸附氯金酸后，還原，制得。

所述離子液體為1-(4-乙烯基芐基)-3-甲基咪唑氯鹽；引發劑為BTPAm；還原劑為硼氫化鈉。

本發明的一種用于降解甲基橙的含金催化劑的制備方法，包括：

(1)多孔氧化硅的制備

將硅源溶于水中，加入硫酸，室溫攪拌3-6h，陳化，調節pH為9-11，70-120℃條件下，水熱處理5-10h，洗滌，干燥，得到多孔氧化硅；其中硅源、水、硫酸的比例為5-10g：50-100mL：20-50mL；

(2)引發劑在多孔氧化硅上的固載

將多孔氧化硅浸入溶劑中，加入引發劑，在氮氣保護下反應12-24h，過濾、洗滌，得到表面固載引發劑的多孔氧化硅；其中多孔氧化硅、溶劑、引發劑的比例為1-3g：20-50mL：0.1-0.3mL；

(3)氧化硅表面接枝離子液體

將表面固載引發劑的氧化硅加入到N,N-二甲基甲酰胺中，然后加入氯化亞銅、2,2‘-聯吡啶、離子液體，氮氣保護下，60-100℃反應12-24h，過濾，洗滌，真空干燥，得到表面接枝離子液體的氧化硅；其中表面固載引發劑的氧化硅、N,N-二甲基甲酰胺、氯化亞銅、2,2‘-聯吡啶、離子液體的比例為1-3g：20-50mL：5-18mg：15-50mg：1.5-5g；

(4)含金催化劑的制備：

將表面接枝離子液體的氧化硅加入到氯金酸水溶液中，超聲，攪拌，過濾，然后加入還原劑，即得含金催化劑；其中表面接枝離子液體的氧化硅、氯金酸、硼氫化鈉的比例為0.1-0.4g：8-35mL：1-5mL。

所述步驟(1)中硅源為硅酸鈉；硫酸體積百分濃度為1-50％；多孔氧化硅的比表面積為200-500m²/g，孔徑14-26nm。

所述步驟(1)中陳化溫度為60-75℃，時間為5-10h；干燥溫度為80-120℃，干燥時間為5-12h。所述步驟(2)中溶劑為氯仿；引發劑為BTPAm。

所述步驟(3)中離子液體為1-(4-乙烯基芐基)-3-甲基咪唑氯鹽。

所述步驟(4)中還原劑為硼氫化鈉；超聲時間為5-10min，攪拌時間為10-20min。還原時間為2-10min.

所述離子液體的制備：

將2g的1-甲基咪唑溶于20mL的N,N-二甲基甲酰胺中，加熱至80℃，然后緩慢滴加4.5g的4-氯甲基苯乙烯，反應24小時。減壓蒸餾除去溶劑，用乙酸乙酯洗滌產物多次，40℃真空干燥6小時，得產物1-(4-乙烯基芐基)-3-甲基咪唑氯鹽。

所述引發劑的制備：

1.0g的2-溴異丁酰溴溶于100mL的甲苯中，加入2mL三乙胺(TEA)，再加入1.8mL的3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APS)，室溫反應12小時。過濾除去沉淀，旋蒸濾液得引發劑BTPAm.

本發明的一種用于降解甲基橙的含金催化劑的應用，將含金催化劑加入到甲基橙水溶液中，然后加入H₂O₂(體積百分比10-30％)，靜置，甲基橙水溶液褪色。

離子液體制備方程式：

引發劑的制備方程式：

引發劑在多孔氧化硅上的固載：

氧化硅表面接枝離子液體