[發明專利]一種碳球-氧化石墨烯催化劑及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202011281118.8
• 申請日: 2020-11-16
• 公開（公告）號: CN112264040B
• 公開（公告）日: 2023-09-22
• 發明（設計）人: 金俊陽
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: B01J23/89
• 分類號: B01J23/89;B01J35/10;C01B32/162
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司 32218
• 代理人: 韓正玉;徐冬濤

本發明公開了一種以碳微米球?氧化石墨烯為載體的合成碳納米管催化劑及其制備方法和應用，該催化劑以碳微米球?氧化石墨烯為載體，以鎳銀鉻合金納米顆粒為催化活性組分。將氧化石墨烯和碳微米球的前驅體經高溫水熱還原工藝制備成碳微米球?氧化石墨烯載體，然后利用原位生長法將鎳銀鉻合金納米顆粒均勻負載于載體表面，經干燥、低溫氣氛煅燒制得合成碳納米管催化劑。該合成碳納米管催化劑不僅能夠有效解決單組分材料的缺陷，而且低溫下將有機污染物甲苯進行不完全催化氧化，合成碳納米管，另外，催化劑制備工藝簡單，具有廣闊的市場應用前景。

技術領域

本發明涉及環境修復領域，具體涉及一種碳球-氧化石墨烯催化劑及其制備方法和應用。

背景技術

隨著我國工業的快速發展，大氣污染問題日益嚴重，工業廢氣處理技術越來越受到廣泛關注。甲苯是有機化工生產領域的重要原料，大量用作溶劑和高辛烷值汽油添加劑。甲苯是一種典型的揮發性有機物(VOCs)，具有急性毒性、生殖毒性、致突變等危害，其直接排放會對人類健康和環境帶來嚴重危害。熱催化氧化法是目前工業上處理高濃度甲苯的有效方法，具有催化溫度低，活性高，環境污染小等優點。催化劑是熱催化氧化技術的核心。傳統催化劑包括貴金屬催化劑和金屬氧化物催化劑。貴金屬催化劑的初始催化活性好，但存在價格昂貴，易中毒，高溫容易燒結等缺點。金屬氧化物催化劑雖然價格便宜，但往往催化活性不佳。因此開發高效、廉價的催化劑已經成為熱催化氧化甲苯研究的重點之一。

專利CN201510560923.7公開了一種以鈉基蒙脫石、鐵鹽、鈦鹽作為原料的用于熱催化氧化甲苯的鐵離子交換鈦離子柱撐蒙脫石催化劑。其可有效催化氧化高濃度的甲苯，用于在375℃條件下去除高濃度(1000mL/m³)的甲苯，甲苯去除率達到90％以上。專利CN201811440916.3公開了一種以高錳酸鉀與硝酸錳作為催化劑的金屬元素來源，以分子篩為負載，用于制備熱催化氧化甲苯的分子篩催化劑，其在255℃下，對低濃度甲苯(200ppm)的轉化率達到了90％以上，其具有催化活性高、制備方法簡單、成本低廉等優點。上述專利價格便宜，催化活性高，但將甲苯完全催化氧化，其產物沒有經濟價值。因此，對于甲苯的處置而言也是一種資源浪費。

發明內容

本發明是針對上述存在的技術問題提供一種碳球-氧化石墨烯催化劑及其制備方法和應用。

本發明的目的可以通過以下技術方案實現：

一種以碳微米球-氧化石墨烯為載體的合成碳納米管催化劑，該催化劑以碳微米球-氧化石墨烯為載體，以鎳銀鉻合金納米顆粒為催化活性組分。以載體質量為基準，氧化石墨烯的質量百分含量為80％～85％，碳微米球的質量百分含量為15％～20％，活性組分鎳銀鉻合金納米顆粒的質量百分含量為1％～10％，其中鎳：銀：銅的質量比為1：(0.1～0.3)：(0.5～0.7)。

本發明技術方案中：所述的碳微米球前驅體為葡萄糖或蔗糖，所述的鎳納米顆粒前驅體為六水合硝酸鎳；所述的銀納米顆粒前驅體為硝酸銀，所述的鉻納米顆粒前驅體為九水合硝酸鉻。

本發明還提供了上述催化劑的制備方法，其具體步驟為：

(1)載體制備

將氧化石墨烯均勻分散于去離子水中，然后調節至堿性得到堿性溶液，之后稱取碳微米球前驅體溶于堿性溶液中，室溫下攪拌0.5～1.5h，再將混合溶液倒入水熱反應釜中，水熱反應1.5～2h，反應結束后將碳微米球-氧化石墨烯載體從反應釜中取出，水洗干凈并冷凍干燥后得到碳微米球-氧化石墨烯載體；其中，氧化石墨烯/去離子水的質量比為1：10～30；

(2)活性組分前驅體復合溶液的制備

分別將鎳的前驅體、銀的前驅體以及鉻的前驅體加入到去離子水中進行攪拌直至溶液呈澄清透明狀，得到三種前驅體溶液；將三種前驅體溶液混勻，得到活性組分前驅體復合溶液；