[發明專利]一種高氮含量碳納米管催化劑和其制備方法及應用

有效

• 申請號: 201911223764.6
• 申請日: 2019-12-03
• 公開（公告）號: CN110813362B
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發明（設計）人: 黎華明;馬英策;陳紅飆
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;B01J23/75;C07C213/02;C07C215/76
• 代理公司: 北京卓恒知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11394
• 代理人: 徐樓;卜婷

本發明提供一種高氮含量碳納米管催化劑，它是通過以下制備方法所制備的：先通過3,6?二(咪唑基)?1,2,4,5?四嗪與三聚氰胺、尿素、金屬鈷鹽研磨均勻，再經過熱解處理，洗滌后獲得高氮含量碳納米管催化劑。本發明提供的高氮含量碳納米管催化劑具有較高氮含量，可用硝基芳烴催化加氫反應的催化劑。

技術領域

本發明涉及一種碳納米管，具體涉及一種高氮含量碳納米管催化劑及其制備方法和應用，屬于化學催化技術領域。

背景技術

碳納米管具有獨特的物理化學特性，自發現以來一直受到人們的廣泛關注目前碳納米管在催化劑、電極材料、傳感器件以及生物監測等方面得到廣泛的應用。對碳納米管進行氮摻雜可以改善其水分散性，從而解決碳納米管在實際應用中難分散的缺點，而且氮摻雜原子能夠增加碳納米管催化活性位點，提高碳納米管的催化活性。因此對碳納米管進行氮摻雜顯得非常必要。

目前，對碳納米管進行氮摻雜主要有兩種方式，一種是在合成碳納米管過程中，通過使用含氮前驅體作為碳源實現對碳納米管的氮摻雜，但這種方法制備的碳納米管通常是在高溫高壓的條件完成，需要氫氣、甲烷等爆炸性氣體參與，而且步驟復雜，后處理工藝繁瑣，從而對之別環境提出了更高的要求。另一種是通過對合成的碳納米管進行表面化學改性進行氮摻雜，再利用表面化學改性對碳納米管進行氮摻雜的方式中，強酸處理是目前研究和使用最多的方法。然而盡管強酸等化學處理方法可實現對碳納米管的有效氮摻雜，氮此種處理方式在引入含氮官能團的同時，也會導致碳納米管的原有結構遭到破壞，從而影響了碳納米管的本特征性。另一方面，強酸處理方式也對環境產生了負面影響。本發明采用在氮氣氛圍中對高分子樹脂進行碳化處理，無需再高壓及危險氣體的參與，就可以直接制備氮摻雜的碳納米管，在實現氮摻雜的同時，保持碳納米管的原有結構特征不影響其本特征性。

本發明采用商業化的三聚氰胺和尿素為前驅體，四嗪咪唑與鈷的配合物作為催化劑制備了氮摻雜的碳納米管，方法簡單，安全性好，具有較明顯的優勢。

發明內容

針對現有技術中對工藝簡單，環境友好型的氮摻雜碳納米管的需求，發明人合成了三聚氰胺-尿素-咪唑四嗪-鈷鹽混合物作為前驅體衍生的高氮含量碳納米管催化劑。

本發明的主要目的是制備一種以三聚氰胺-尿素-咪唑四嗪-鈷鹽混合物為前驅體的催化加氫反應催化劑，其主要特征是制備出三聚氰胺-尿素-咪唑四嗪-鈷鹽混合物，再將三聚氰胺-尿素-咪唑四嗪-鈷鹽混合物進行高溫熱解得到高氮含量碳納米管催化劑。

根據本發明提供的第一種實施方案，提供一種高氮含量碳納米管催化劑。

一種高氮含量碳納米管催化劑，它是通過以下制備方法所制備的：先通過3,6-二(咪唑基)-1,2,4,5-四嗪與三聚氰胺、尿素、金屬鈷鹽研磨均勻，再經過熱解處理，洗滌后獲得高氮含量碳納米管催化劑。

在本發明中，所述金屬鈷鹽為六水合硝酸鈷、堿式碳酸鈷、七水合硫酸鈷、氯化鈷、溴化鈷、碘化鈷中的一種或多種。

根據本發明提供的第二種實施方案，提供一種高氮含量碳納米管催化劑的制備方法。

一種高氮含量碳納米管催化劑的制備方法或制備第一種實施方案中所述高氮含量碳納米管催化劑的方法，該方法包括以下步驟：

(1)三聚氰胺-尿素-咪唑四嗪-鈷鹽混合物制備：將3,6-二(咪唑基)-1,2,4,5-四嗪分散在研缽中，加入尿素、三聚氰胺和金屬鈷鹽，研磨至均勻；得到三聚氰胺-尿素-咪唑四嗪-鈷鹽混合物；

(2)高氮含量碳納米管催化劑的制備：將步驟(1)得到的三聚氰胺-尿素-咪唑四嗪-鈷鹽混合物通過高溫熱解處理，經過洗滌、分離，即得高氮含量碳納米管催化劑。