[發明專利]一種納米催化劑中表面活性劑的去除方法

在審

• 申請號: 201911276430.5
• 申請日: 2019-12-12
• 公開（公告）號: CN112973801A
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發明（設計）人: 王素力;李煥巧;孫公權
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: B01J35/00
• 分類號: B01J35/00;B01J37/00;B01J37/12;B01J23/42;B01J23/44
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 鄭偉健

本發明的目的在于提供一種納米催化劑中表面活性劑的去除方法。本發明以Fenton試劑為表面活性劑的去除劑，操作簡單，反應條件溫和，對納米催化劑的微觀結構破壞小。所獲得的納米催化劑中表面潔凈，表面活性劑的殘留量小于0.5wt％，催化活性高。

技術領域

本發明涉及一種納米催化劑表面活性劑的去除方法，該催化劑可用于燃料電池、石油化工、化學制藥、汽車尾氣凈化等領域。

背景技術

與塊狀材料相比，納米材料呈現出的獨特的小尺寸效應、表面效應、量子尺寸效應和量子隧道效應，近年來得到越來越多的關注。在催化領域，由于納米材料的尺寸小，導致其具有很大的比表面積，因此更多的活性位會暴露出來；其次，納米粒子的表面原子所處的晶體場環境與結合能與內部原子不同，具有較多的懸空鍵，具有不飽和性質，活性高，極易與其它原子或分子發生相互作用，因此可以很好的活化反應分子，降低反應的活化能，提高反應速率。近年來有關納米催化劑研究一直是催化領域的研究熱點。在合成微觀組成、結構、形貌可控的金屬納米催化劑的過程中，常常會涉及長碳鏈的表面活性劑的使用。

表面活性劑是一種具有親水基和親油基結構并具有降低表面張力、減少表面能、乳化、分散及增溶功效的化學物質。表面活性劑的分子結構特點決定了其在溶液中極易形成膠束結構。一般常規的表面活性劑形成的膠束的尺寸約為10-100nm。在金屬納米催化劑合成過程中，可以通過選擇不同結構和性質的表面活性劑，來控制形成膠束的結構和尺寸，將納米催化劑的合成反應限制在表面活性劑形成的膠束微反應器內，從而得的組成、尺寸、形貌可控的納米顆粒。如人們常利用一些表面活性劑特殊的膠束結構及在特殊晶面的優勢吸附能力，制備具有特殊形貌的納米結構催化劑，如可利用CTAB棒狀膠束來獲得金屬納米線催化劑。表面活性分子的長碳鏈結構會在顆粒表面形成一定的空間位阻，阻礙納米顆粒之間的團聚，使得納米催化劑可長期穩定存在。

表面活性劑在納米催化劑表面的強吸附在保證催化劑穩定存在的同時，也為后續催化反應帶來了不利的影響。表面活性劑通常為具有長碳鏈的有機大分子，其在納米催化劑表面強吸附會嚴重阻礙影響反應物分子在催化劑活性組分表面的吸附反應，導致催化劑的功能失效。表面活性劑最常用的去除方法是有機溶劑多次離心萃取，但該方法對于尺寸小于5nm的納米粒子效果不佳[Niu.Z.，Chemistry of Materials，2013，26，72-83]。主要是因為這種尺寸范圍內的納米粒子無法在常規的離心條件下沉淀，通常需要引入一些固體載體以促進納米粒子的沉降，然而載體的引入對表面活性劑的去除又帶來新的挑戰。此外，也有研究人員試圖通過熱處理來解決表面活性劑的去除問題。如Humphrey等發現(Humphreyet al，Chemistry，2015，21，12694)，油胺等表面活性劑可在300-400℃溫度下發生分解反應，實現其從催化劑表面的脫除。然而高溫熱處理的納米顆粒的尺寸和形貌溶液發生變化，顆粒間容易發生團聚，導致活性面積急劇降低，從而影響催化活性。

針對上述問題，本發明擬采用Fenton試劑對納米催化劑中的表面活性進行有效去除。1894年，化學家Fenton首次發現有機物在H₂O₂和Fe²⁺組成的混合溶液中能被迅速氧化，并把這種體系稱為標準Fenton試劑，可以將很多有機化合物如羧酸、醇、酯類氧化為無機態，氧化效果十分明顯。考慮到表面活性劑多為一些含羧酸、羥基、羰基、硫醇基及胺基的長碳鏈有機化合物，而Fenton試劑中產生的OH·自由基具有很高的氧化電勢，氧化能力強，反應活性高。因此采用Fenton試劑可使得表面活性劑發生氧化降解反應，進而實現其從金屬納米催化劑表面的有效脫除。此外，由于Fenton試劑的氧化反應在室溫即可進行，對納米催化劑的微觀結構破壞小。

發明內容

本發明的目的在于提供一種納米催化劑中表面活性劑的去除方法。本發明以Fenton試劑為表面活性劑的去除劑，操作簡單，反應條件溫和，對納米催化劑的微觀結構破壞小。所獲得的納米催化劑中表面潔凈，表面活性劑的殘留量小于0.5wt％，催化活性高。

一種納米催化劑中表面活性劑的去除方法，具體步驟如下：