[發明專利]一種新型碳基材料負載尖晶石的催化劑及其制備方法

在審

• 申請號: 201611050764.7
• 申請日: 2016-11-24
• 公開（公告）號: CN106582654A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發明（設計）人: 周玉立;王文龍;宋占龍;孫靜;毛巖鵬;趙希強
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: B01J23/755
• 分類號: B01J23/755;B01J23/745;B01J23/75;B01J23/889;C02F1/30;C02F1/72;B01D53/86;B01J20/20
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司37221
• 代理人: 王志坤

技術領域

本發明屬于材料制備和污染處理領域，具體涉及一種新型碳基材料負載尖晶石的催化劑及其制備方法和應用。

背景技術

進入21世紀以來，伴隨中國工業的快速發展，污染問題日益嚴重，面對日益嚴苛的國家法規，以及人們日益增長的環保意識，污染處理迫在眉睫。過渡金屬尖晶石結構，由于其具有較高的傳遞電子能力，在污染物處理中能夠較好的促進污染物的氧化或還原，因此在水污染或者空氣污染處理中應用較多，但是尖晶石結構的制備一般采用固溶體方式，其耗能高，所制備物質純度不高品相不好，因此近年來有較多的學者研究溫和方式制備尖晶石物質，其中使用較多的即為使用堿性溶液處理尖晶石前驅溶液，再采用高壓合成的方式制備，該方式制備的尖晶石結構品相好，純度高，因此得到了較為廣泛的應用。近年來，在污染物處理領域發展起一種先吸附再消除的方式，即將污水或者煙氣中濃度較低的污染物采用吸附劑進行吸附再利用微波催化的方式進行消除，但是尖晶石結構的孔結構以及表面性質不足以起到吸附劑的作用。

活性炭、活性焦和碳納米管等碳基物質由于其具有優越的表面特性和較好的機械性能，在日常生活與科研中越來越多的應用于吸附領域。近年來有較多的研究傾向于碳基物質負載金屬氧化物催化劑的研究，這些催化劑普遍集中于大氣污染與水污染的治理中，而其制備過程多以易溶性金屬鹽浸漬碳基物質等方式，而單一金屬鹽或多種金屬鹽浸漬無法形成較為優越的晶體結構，所以使得效率并不是很高。尖晶石等結構需要在堿性條件或者熔融狀態下才能形成，不利于在碳載體表面附著，因此如何將尖晶石物質負載到碳材料表面是該技術的難點與關鍵。

發明內容

為克服現有技術的缺陷，本發明提供了一種新型碳基材料負載尖晶石的催化劑的制備方法，能夠將尖晶石負載到碳材料表面，從而制備了碳基材料負載尖晶石的催化劑。

為實現上述目的，本發明的技術方案為：

一種新型碳基材料負載尖晶石的催化劑的制備方法，提供一種多孔碳材料，將所述多孔碳材料進行酸蝕處理和/或氧蝕處理，再將尖晶石結構或反尖晶石結構負載至酸蝕處理和/或氧蝕處理后的多孔碳材料上即得碳基材料負載尖晶石的催化劑。

本發明采用酸蝕處理以增加碳材料載體表面的酸性位，增加碳材料表面的微觀缺損，以增加這部分的孤立電子，從而能夠將尖晶石物質負載到碳材料表面。本發明采用氧蝕處理一方面可以增加載體的比表面積，優化孔結構，從而能夠將尖晶石物質負載到碳材料表面；另一方面引入微觀活性氧，提高負載后的催化劑的催化活性。

本發明中，所述的多孔碳材料為比表面積大、具有很強吸附能力的碳材料。例如活性炭、活性焦或碳納米管的顆粒(粉末)等。

本發明中，所述的酸蝕處理為，將原料放置于酸溶液中進行加熱處理。

本發明中，所述的氧蝕處理為，將原料置于一定濃度氧氣的空氣中進行加熱處理。

本發明中，所述的尖晶石結構，其通式為AB₂O₄(其中，A代表一種金屬元素的正二價離子，即A²⁺；B代表另一種金屬元素的正三價離子，即B³⁺；O為氧元素的負二價離子，即O^2-)，其晶體屬等軸晶系的氧化物礦物，該結構中O^2-離子作立方緊密堆積，A離子填充在四面體空隙中，B離子填充在八面體空隙中，即A²⁺離子為4配位，而B³⁺為6配位。

本發明中，所述的尖晶石結構，其通式為AB₂O₄(具體為B(AB)O₄，其中，A代表一種金屬元素的正二價離子，B代表另一種金屬元素的正三價離子，O為氧元素的負二價離子)，其晶體屬等軸晶系的氧化物礦物，該結構中O^2-離子作立方緊密堆積，A離子填充在八面體空隙、而B離子一半填充于四面體空隙另一半填充于八面體空隙，即A²⁺為6配位，而一半B³⁺為6配位，另一半B³⁺為4配位。

優選的，所述酸蝕處理中的酸溶液為硝酸、硫酸或氫氟酸。

進一步優選的，所述酸溶液為硝酸。

優選的，所述酸蝕處理中酸溶液的酸濃度為0.1～5mol/L。

進一步優選的，所述酸濃度為2.5～3.5mol/L。

優選的，所述酸蝕處理中的處理溫度為30～100℃。

進一步優選的，所述處理溫度為75～85℃。

優選的，所述酸蝕處理的處理時間為0.5～3h。