[發明專利]一種四氧化三鈷納米顆粒的制備方法及其應用

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• 申請號: 202010400268.X
• 申請日: 2020-05-12
• 公開（公告）號: CN111498913A
• 公開（公告）日: 2020-08-07
• 發明（設計）人: 曹學飛;孫少超;孫少妮;孫潤倉
• 申請（專利權）人: 北京林業大學
• 主分類號: C01G51/04
• 分類號: C01G51/04;C07C51/00;B01J23/75
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• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種四氧化三鈷納米顆粒的制備方法及其應用。包括以下步驟：(1)分別稱取一定量的甘氨酸和鈷鹽，將其加入到盛有去離子水的燒杯中，攪拌使其溶解；(2)將步驟(1)得到的混合溶液加熱，混合溶液隨著水分蒸發變得黏稠，繼續加熱至液體劇烈燃燒，產生大量氣體和泡沫狀固體產物；(3)將步驟(2)得到的泡沫狀固體產物置于馬弗爐中，煅燒，得四氧化三鈷納米顆粒。本發明所得的四氧化三鈷納米顆粒在催化糖類水熱轉化為乳酸方面具有較高活性。

技術領域

本發明涉及一種四氧化三鈷納米顆粒的制備方法及其應用，屬于催化劑制備與催化研究領域。

背景技術

近年來，納米科學技術在催化、醫藥、環境保護、能源等諸多領域引起了廣泛的關注，成為國際上研究和開發最活躍的領域之一。納米顆粒由于尺寸小，比表面積大，表面的鍵態和電子態與顆粒內部不同，表面原子配位不全等導致其表面的活性位置增加，這就使它具備了作為催化劑的基本條件。目前，用納米顆粒進行催化反應可以直接用納米顆粒如銀、氧化鋁、氧化鐵等在有機合成反應中做催化劑，可大大提高反應效率；催化反應還表現出選擇性，如用硅載體鎳催化劑對丙醛的氧化反應表明，鎳粒徑在5nm以下時選擇性急劇變化，醛分解得到控制，生成酒精的選擇性急劇上升。

隨著人們對全球能源、化石資源的不穩定性、溫室效應的擔憂，使得人們越來越多的轉向可再生資源的研究道路。木質纖維原料作為世界上最豐富的可再生資源之一，日漸受到各國專家的關注。木質纖維原料主要包含纖維素、半纖維素和木質素三大組分，其中的纖維素和半纖維素可以水熱轉化為小分子化學品，如單糖、甲酸、乙酸、乳酸、糠醛、羥甲基糠醛等。乳酸作為一種可從生物質原料出發制備而得的化學品，是一種具有高潛力和多功能的平臺化合物，廣泛應用于食品、醫藥、化妝品等行業。目前，乳酸可由不同來源的糖類在乳酸菌作用下通過發酵方式生產。但是，生物技術方法顯示出一些缺點，比如：時/空收率比較低、酶的成本比較高、產生較多的鹽廢水并且難以純化、需要管理以及微生物池的監管。因此越來越多的人轉向了通過生物質化學轉化的方法來制備乳酸。

在無催化條件下，木質纖維原料水熱轉化產物分布范圍廣，乳酸產率低，后期的分離純化成本高，造成木質纖維素水熱轉化為乳酸經濟性差。適當催化劑的加入能明顯提高木質纖維原料水熱轉化為乳酸的反應速率并明顯改變反應的選擇性，催化劑的選擇對實現生物質的轉化利用的經濟性上具有決定性作用。采用均相酸、堿以及過渡金屬離子催化時，盡管催化效果明顯，但是催化劑難以回收，易于造成環境污染。因此越來越多的研究者將木質纖維素催化轉化研究的重點放在固體催化劑上。金屬氧化物具有穩定性高、易于制備等方面的優點，常常作為貴金屬等活性物種的載體使用，然而過渡金屬氧化物在催化糖類制備乳酸方面產率并不理想。因此，研究開發能夠高效催化糖類制備乳酸的催化劑對于乳酸的生產具有重要意義。

發明內容

本發明開發了一種四氧化三鈷納米顆粒的制備方法并將其應用于催化糖類水熱轉化制備乳酸。該催化劑活性高，可將多種糖類高選擇性地轉化為乳酸。

本發明的技術方案如下：

一種四氧化三鈷納米顆粒的制備方法，包括以下步驟：

(1)分別稱取一定量的甘氨酸和鈷鹽，將其加入到盛有去離子水的燒杯中，攪拌使其溶解；

(2)將步驟(1)得到的混合溶液加熱，混合溶液隨著水分蒸發變得黏稠，繼續加熱至液體劇烈燃燒，產生大量氣體和泡沫狀固體產物；

(3)將步驟(2)得到的泡沫狀固體產物置于馬弗爐中，煅燒，得四氧化三鈷納米顆粒。所述步驟(1)中甘氨酸和鈷鹽的摩爾比為1:1～4:1。

所述步驟(2)中鈷鹽為硝酸鈷。

所述步驟(3)中煅燒溫度為600～800℃，煅燒時間為1～3h。

本發明還包括該四氧化三鈷納米顆粒在催化糖類水熱轉化為乳酸方面應用。

本發明的優點在于：