[發明專利]一種負載型過渡金屬碳化物及其制備方法和用途

在審

• 申請號: 202010898043.1
• 申請日: 2020-08-31
• 公開（公告）號: CN111992232A
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發明（設計）人: 馮靜;陳權英;蔣珍菊
• 申請（專利權）人: 西華大學
• 主分類號: B01J27/22
• 分類號: B01J27/22;B01J37/08;B01J37/10;C02F1/78;C02F1/72;C02F101/30;C02F101/34
• 代理公司: 成都高遠知識產權代理事務所(普通合伙) 51222
• 代理人: 李高峽;張娟

本發明提供了一種負載型過渡金屬碳化物及其制備方法和用途，屬于催化劑技術領域。所述負載型過渡金屬碳化物的制備方法包括如下步驟：將碳源和過渡金屬鹽溶于溶劑，經溶劑熱反應制得金屬有機骨架前驅體后，再碳化而得。本發明負載型過渡金屬碳化物作為催化劑催化水中有機物的臭氧氧化反應時，引發自由基反應，污水中有機物的去除速率快、去除率高、礦化度高，且可以無選擇催化氧化水中種類復雜的有機污染物；同時，其作為催化劑時，臭氧氧化反應可在室溫條件下進行、耗時短、能耗低；此外，該負載型過渡金屬碳化物制備工藝簡單、易于成型。該負載型過渡金屬碳化物作為催化劑可緩解環境及能源問題，具有很強的實用性，有良好的市場前景。

技術領域

本發明屬于催化劑技術領域，具體涉及一種負載型過渡金屬碳化物及其制備方法和用途。

背景技術

隨著工業化進程的飛速發展，水污染問題日趨嚴重，已對人類的生存安全構成重大威脅。目前世界上有20％左右的人口無法獲取滿足生存基本需求的安全生活用水，許多國家都存在水資源緊缺和利用失衡的現象。據中國環境狀況公報，我國近海水域和七大水系中有五條都受到不同程度的污染。新形勢下的污水來源廣泛、成分復雜、可生化性差，這些問題給傳統水處理工藝帶來前所未有的挑戰。如何有效地實現污水凈化是應對水資源緊缺的首要挑戰。

臭氧化技術不僅可以殺滅一般的細菌和病毒，還能氧化污水中的難生化降解有機物，在深度水處理過程中具有明顯優勢。在臭氧化過程中，部分臭氧被吹脫出，剩余的臭氧通過直接氧化和間接氧化兩種方式與有機物反應。直接氧化過程具有高度的選擇性，會產生小分子醛或羧酸類副產物。間接氧化反應的路徑是自由基反應，過程中生成的自由基可以無選擇地氧化水中各類有機物、并達到徹底礦化。因此，間接氧化途徑的臭氧利用率遠高于直接氧化途徑。綜上所述，研發能夠增強傳質、引發間接氧化反應的高效催化劑能夠提升水處理效果、降低水處理成本。

過渡金屬催化劑作為一類催化新材料引起人們的極大關注。其中，過渡金屬碳化物在催化加氫、烷烴異構化、脫氫、脫硫、脫氮和重整即氧化反應等方面表現出優良的催化活性和選擇性。但是，過渡金屬催化劑在使用過程中存在價格較為昂貴、不能重復使用、產物分離困難以及產物中含有痕量過渡金屬催化劑殘留等問題。而負載型過渡金屬催化劑在獲得與過渡金屬催化劑相當效果的同時，可以解決產物分離困難的問題，同時可回收循環使用。

負載型過渡金屬催化劑主要有以下幾種：(1)無機氧化物載體負載過渡金屬催化劑；(2)活性炭負載過渡金屬催化劑；(3)有機載體負載過渡金屬催化劑；(4)有機-無機雜化材料載體負載的過渡金屬催化劑；(5)磁性納米粒子負載的過渡金屬催化劑。這些負載型過渡金屬催化劑雖然能夠解決過渡金屬催化劑存在的部分問題，如產物分離困難、不能重復使用等，但是，也存在許多不足之處，如催化劑的活性需要進一步提高。

同時，一種負載型過渡金屬催化劑并非適用于所有類型的反應，1994年，Marck等報道了使用活性炭負載過渡金屬催化劑(Pd/C催化劑)進行Suzuki偶聯反應：當以溴代芳烴為底物時，Pd/C催化劑可以很好催化反應進行，但是使用芳基氯代物時，產率較低。可見，不同催化劑使用范圍是不同的。

目前，尚未見采用過渡金屬碳化物高效催化污水中有機污染物的臭氧氧化反應。更未見本發明負載型過渡金屬碳化物高效催化污水中有機污染物的臭氧氧化反應。

發明內容

本發明的目的是提供一種負載型過渡金屬碳化物催化劑及其制備方法和用途。

本發明提供了一種負載型過渡金屬碳化物的制備方法，它包括如下步驟：將碳源和過渡金屬鹽溶于溶劑，經溶劑熱反應制得金屬有機骨架前驅體后，再碳化而得。

進一步地，

所述碳源為葡萄糖、三聚氰胺或對苯二甲酸中的一種或兩種；

和/或，所述過渡金屬鹽中，過渡金屬為釩、鎢、鐵、鈦、鉻、鋯或鈮；