聚叔丁基丙烯酰胺納米球負載的Ni-B催化劑及其制備方法和應用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了聚叔丁基丙烯酰胺納米球負載的Ni-B催化劑及其制備方法和應用，所述催化劑用沉淀聚合法將叔丁基丙烯酰胺引發(fā)聚合為聚叔丁基丙烯酰胺納米球；納米球分散到硫酸鎳溶液中吸附鎳離子，過濾后將吸附的鎳離子還原為鎳金屬；將含有少量鎳金屬的聚叔丁基丙烯酰胺納米球分散到鍍鎳溶液中進行化學鍍鎳，得到聚叔丁基丙烯酰胺納米球負載的Ni-B催化劑。本發(fā)明提供的催化劑原料易得、合成方法簡單、催化效率高、反應操作簡單、可以重復多次使用，適合催化硼氫化鈉水解制氫反應。
【專利說明】聚叔丁基丙烯酰胺納米球負載的N1-B催化劑及其制備方法和應用
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于材料科學【技術領域】，特別涉及一種高分子復合材料，具體是指一種聚叔丁基丙烯酰胺負載的N1-B催化劑、制備方法及其在催化硼氫化鈉水解制氫反應中的應用。
【背景技術】
[0002]氫氣是一種清潔的二次能源，它可以通過天然氣重整、電解光解水、化學氫化物等方法獲得。但由于天然氣的不可再生以及電解光解水效率不高等問題，漸漸限制了它們的應用。
[0003]目前，硼氫化鈉因具有較高氫密度和貯氫穩(wěn)定性越來越受到了人們的關注。但是常溫下，硼氫化鈉水解制氫速度很慢，因此提高硼氫化鈉水解制氫的速率十分必要。為此，人們研發(fā)了多種多樣的催化劑，例如Ru，Pt，Pd等貴金屬以及Ni，Co等輕過渡金屬。相比于這些價格昂貴、貯量有限的貴金屬，Ni，Co等普通金屬更廣泛應用于硼氫化鈉水解制氫反應中。
[0004]中國專利申請201210388720.0報道了以TiO2為載體的Co-B催化劑來催化硼氫化鈉水解制氫反應，這種催化劑成本低廉、催化活性高、在空氣中穩(wěn)定性好、使用方便等特點。
[0005]中國專利申請201010527837.3報道了以氧化硅為載體的Ni和N1-B納米粒子催化劑，這種催化劑制備容易，穩(wěn)定性能好。
[0006]但是目前硼氫化鈉水解催化劑存在價格較高或催化活性低、性能不佳、催化劑重復利用和再生性能差等缺陷。

【發(fā)明內容】

[0007]為了克服目前負載型的金屬催化劑的不足，本發(fā)明第一方面目的是提供一種原料易得、合成方法簡單、催化效率高、反應操作簡單、可以重復多次使用的高分子負載的N1-B納米催化劑，它適合催化硼氫化鈉水解制氫反應。
[0008]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取下述技術方案來實現(xiàn):
[0009]聚叔丁基丙烯酰胺納米球負載的N1-B催化劑，采用以下原料和方法制備的:用沉淀聚合法將叔丁基丙烯酰胺引發(fā)聚合為聚叔丁基丙烯酰胺納米球；將聚叔丁基丙烯酰胺納米球分散到硫酸鎳溶液中，吸附一段時間，過濾，將吸附上的鎳離子還原；將含有少量鎳金屬的聚叔丁基丙烯酰胺納米球分散到鍍鎳溶液中進行化學鍍鎳，得到聚叔丁基丙烯酰胺負載的N1-B催化劑。
[0010]本發(fā)明第二方面目的是提供聚叔丁基丙烯酰胺負載的N1-B納米催化劑的制備方法，包括以下步驟:
[0011]a.聚叔丁基丙烯酰胺納米球的制備:將N-叔丁基丙烯酰胺、過硫酸鉀、蒸餾水以摩爾比為1.2X IO3:5.6:8.3X IO5的比例投入到反應容器中，在氮氣氛圍下70°C攪拌溶解，后停止通氮氣，密封反應12h，得到聚叔丁基丙烯酰胺納米球乳液；
[0012]b.聚叔丁基丙烯酰胺納米球的預處理:取一定量聚叔丁基丙烯酰胺乳液于硫酸鎳溶液中，攪拌lOmin，過濾，反復用水洗，然后將固體再分散在硼氫化鈉水溶液中，攪拌反應IOmin,過濾,反復用水洗,干燥。
[0013]c.N1-B催化劑的制備:將經(jīng)過預處理的聚叔丁基丙烯酰胺納米球分散于含有摩爾比為23:75:9:8的酒石酸鉀鈉、氫氧化鈉、硫酸鎳、硼氫化鈉的鍍鎳溶液中，90°C下機械攪拌2h，反應結束后，過濾，反復用水洗，直到將鎳離子洗去，將得到的催化劑干燥，得到N1-B催化劑成品。
[0014]進一步，所述步驟c中酒石酸鉀鈉的濃度為108g/L，氫氧化鈉的濃度為50g/L，硫酸鎳的濃度為39.8g/L，硼氫化鈉的濃度為1.6-6.7g/L。
[0015]進一步，所述步驟c中硼氫化鈉的濃度為5g/L。
[0016]所述的制備方法中:
[0017]所述的引發(fā)劑為過硫酸鉀。
[0018]本發(fā)明的第三方面目的是提供聚叔丁基丙烯酰胺負載的N1-B納米催化劑在催化硼氫化鈉水解制氫反應中的應用，具體的催化反應中應用的方法如下:將N1-B催化劑分散于水中，倒入單口瓶中，放在恒溫水浴里，再倒入硼氫化鈉水溶液，迅速用塞子塞住瓶口，待有連續(xù)氣泡冒出時，計時，收集產(chǎn)生的氫氣。
[0019]涉及的催化反應方程式如下:
[0020]
NaBH4 +2H:Q CalalySl >4H: + NaBO2( I)
[0021]本發(fā)明的有益效果如下:
[0022](I)本發(fā)明制備的高分子負載N1-B催化劑為聚叔丁基丙烯酰胺負載N1-B催化劑，其中，用于負載N1-B的聚叔丁基丙烯酰胺納米球形成過程如式I所示。相比以Ti02和硅石等無機材料負載的金屬催化劑，以高分子作為載體的催化劑具有獨特的優(yōu)勢:a.高分子材料容易加工成各種形狀，例如拉成薄膜或制成微球，可以較為容易地制成催化反應器件；b.高分子配體不僅能直接固定金屬，控制催化性能，其合理的結構還可表現(xiàn)出相應的小分子配體不能催化的“高分子效應”;c.高分子化合物可以保護金屬，形成穩(wěn)定的納米團簇提高比表面積；d.選擇含有一定官能團的高分子材料作為載體，可適合反應體系的溶劑極性或者親水或疏水性要求；e.利用高分子載體的空間立體效應，可實現(xiàn)定位選擇合成或立體選擇及分離。
[0023]高分子負載非均相催化劑的后處理較簡單:在反應完成后可方便地借助固液分離方法將高分子催化劑與反應體系中其他組分分離、再生和重復使用，降低成本，減少環(huán)境污染。
[0024]上述采用聚叔丁基丙烯酰胺納米球負載的N1-B催化劑，可多次重復回收使用，且
催化劑從反應體系中易分離而且在空氣中穩(wěn)定。
[0025]
【權利要求】
1.一種聚叔丁基丙烯酰胺納米球負載的N1-B催化劑，其特征在于，用沉淀聚合法將叔丁基丙烯酰胺引發(fā)聚合為聚叔丁基丙烯酰胺納米球；納米球分散到硫酸鎳溶液中吸附鎳離子，過濾后將吸附的鎳離子還原為鎳金屬；將含有少量鎳金屬的聚叔丁基丙烯酰胺納米球分散到鍍鎳溶液中進行化學鍍鎳，得到聚叔丁基丙烯酰胺納米球負載的N1-B催化劑。
2.如權利要求1所述的聚叔丁基丙烯酰胺納米球負載的N1-B催化劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: a.聚叔丁基丙烯酰胺納米球的制備:將N-叔丁基丙烯酰胺、過硫酸鉀、蒸餾水以摩爾比為1.2X IO3:5.6:8.3X IO5的比例投入到反應容器中，在氮氣氛圍下70°C攪拌溶解，后停止通氮氣，密封反應12h，得到聚叔丁基丙烯酰胺納米球乳液； b.聚叔丁基丙烯酰胺納米球的預處理:取15mL聚叔丁基丙烯酰胺納米球乳液于35mL硫酸鎳溶液中，攪拌lOmin，過濾，反復水洗，直到將物理吸附的鎳離子全部洗掉為止，然后將固體再分散在50mL含有0.1g硼氫化鈉水溶液中來還原鎳離子，攪拌反應lOmin，過濾，反復用水洗，干燥； c.N1-B催化劑的制備:稱取經(jīng)過預處理的聚叔丁基丙烯酰胺納米球分散于含有酒石酸鉀鈉、氫氧化鈉、硫酸鎳、硼氫化鈉的鍍鎳溶液中，90°C下機械攪拌2h，反應結束后，過濾，反復用水洗，直到將鎳離子洗去，將得到的催化劑干燥，得到N1-B催化劑成品。
3.根據(jù)權利要求2所述的N1-B催化劑的制備方法，其特征在于，所述步驟c中酒石酸鉀鈉的濃度為108g/L，氫氧化鈉的濃度為50g/L，硫酸鎳的濃度為39.8g/L，硼氫化鈉的濃度為 1.6-6.7g/L。
4.根據(jù)權利要求3所述的N1-B催化劑的制備方法，其特征在于，所述步驟c中硼氫化鈉的濃度為5g/L。
5.如權利要求1所述的聚叔丁基丙烯酰胺納米球負載的N1-B催化劑在催化硼氫化鈉和水解制氫反應中的應用。
【文檔編號】C01B3/06GK104001551SQ201410239496
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年5月30日 優(yōu)先權日:2014年5月30日
【發(fā)明者】董堅, 蔡豪坤, 林琳, 鹿萍, 何寧德 申請人:紹興文理學院