[發明專利]一種硼、氮摻雜碳多孔納米片負載過渡金屬納米顆粒材料催化劑及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201910970144.2
• 申請日: 2019-10-12
• 公開（公告）號: CN110639592B
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發明（設計）人: 王建國;谷雨;鐘興
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;B01J35/10;C01B13/10
• 代理公司: 杭州浙科專利事務所(普通合伙) 33213
• 代理人: 周紅芳

本發明公開了一種硼、氮摻雜碳多孔納米片負載過渡金屬納米顆粒材料催化劑及其制備方法和應用，所述硼、氮摻雜碳多孔納米片負載過渡金屬納米顆粒材料催化劑由碳載體以及負載于碳載體上的過渡金屬納米顆粒組成，所述碳載體為硼、氮摻雜碳多孔納米片，所述過渡金屬為鉑、鎳、銅或鐵；所述過渡金屬納米顆粒的負載量為碳載體質量的2~20%。本發明的催化劑應用于電化學催化反應制備臭氧時，催化反應效率高，電化學方法條件溫和，綠色無污染，且產生臭氧量較高。

技術領域

本發明涉及一種硼、氮摻雜碳多孔納米片負載過渡金屬納米顆粒材料催化劑及其制備方法和應用。

背景技術

臭氧，是一種強氧化劑，具有滅菌、消毒、除臭、脫色、保鮮等功能，已經被廣泛的應用于飲用水處理、醫療衛生、環境保護等，是一種綠色環保的消毒劑。研究表明，臭氧能有效地消除水中含酚、氰、硫化物等有害物質，鐵、錳等無機物以及農藥、石油制品、合成洗滌劑、致癌物質等，在化工、煉油、電鍍、制革等工業部門的廢水和生活污水處理已得到廣泛應用。

目前，生產臭氧的常用方法是高頻高壓電暈放電法，該方法需使用經過壓縮、干燥等預處理的氧氣或者空氣，在生成臭氧的同時還會對人體和環境有害的氮氧化物。電化學方法制備臭氧，以水為原料，反應在常溫高壓下進行，設備投資小，臭氧濃度高，是一種很有前途的產生臭氧新方法。現有的用于催化電化學反應制臭氧的催化劑，通常存在催化劑成本高、催化效率低的技術問題。

發明內容

針對現有技術存在的上述技術問題，本發明的目的在于提供一種硼、氮摻雜碳多孔納米片負載過渡金屬納米顆粒材料催化劑及其制備方法和應用。本發明的催化劑成本較低，且其制備方法簡單。本發明的催化劑應用于電化學催化反應制備臭氧時，催化反應效率高，電化學方法條件溫和，綠色無污染，且產生臭氧量較高。

所述的一種硼、氮摻雜碳多孔納米片負載過渡金屬納米顆粒材料催化劑，其特征在于由碳載體以及負載于碳載體上的過渡金屬納米顆粒組成，所述碳載體為硼、氮摻雜碳多孔納米片，所述過渡金屬為鉑、鎳、銅或鐵；所述過渡金屬納米顆粒的負載量為碳載體質量的2~20%。

所述的一種硼、氮摻雜碳多孔納米片負載過渡金屬納米顆粒材料催化劑，其特征在于過渡金屬納米顆粒的負載量為碳載體質量的10%。

所述的一種硼、氮摻雜碳多孔納米片負載過渡金屬納米顆粒材料催化劑的制備方法，其特征在于包括以下步驟：

1）將聚乙二醇、硼酸、三聚氰胺和過渡金屬前驅體在水中混合均勻，形成的混合液在80-200℃溫度下干燥6-24小時，使溶液中的水分蒸發，得到固態混合物；

2）將步驟1）所得固態混合物置于管式爐內，在高純氣體氣氛下焙燒，焙燒溫度為200-900℃，焙燒時間為0.5-8小時，即制得所述硼、氮摻雜碳多孔納米片負載過渡金屬納米顆粒材料催化劑。

所述的一種硼、氮摻雜碳多孔納米片負載過渡金屬納米顆粒材料催化劑的制備方法，其特征在于步驟1）中，過渡金屬前驅體為乙酰丙酮鉑、乙酰丙酮鎳、乙酰丙酮鐵或乙酰丙酮銅；所述聚乙二醇、硼酸以及三聚氰胺的質量比為0.3~0.7 : 0.1~0.25 : 1~3。

所述的一種硼、氮摻雜碳多孔納米片負載過渡金屬納米顆粒材料催化劑的制備方法，其特征在于步驟1）中，聚乙二醇和過渡金屬前驅體的質量比為50 : 0.8~3。

所述的一種硼、氮摻雜碳多孔納米片負載過渡金屬納米顆粒材料催化劑的制備方法，其特征在于步驟2）中，高純氣體為氮氣。

所述的一種硼、氮摻雜碳多孔納米片負載過渡金屬納米顆粒材料催化劑在電化學法制取臭氧中的應用。