一種磁性負(fù)載二氧化錳催化劑的制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種磁性負(fù)載二氧化錳催化劑的制備方法。依次包括如下步驟：在恒溫水浴條件下，F(xiàn)eCl2溶液中滴加雙氧水和NaOH稀溶液，攪拌后轉(zhuǎn)入高壓釜中，繼續(xù)反應(yīng)，自然冷卻到室溫，得到固體沉淀物，將其加入到十二烷基苯磺酸鈉溶液中，得到磁性有機(jī)水滑石。將(3?氨基丙基)三乙氧基硅烷、水楊醛和四水合氯化錳按1：1：1(摩爾比)的量制成形成溶液，加入磁性有機(jī)水滑石，形成含錳有機(jī)配合物柱撐水滑石；將含錳有機(jī)配合物柱撐水滑石置于馬弗爐中，400～550℃下焙燒6～8h，其中的碳氮等元素轉(zhuǎn)化為氣體溢出，形成孔道，得到磁性負(fù)載二氧化錳催化劑。該結(jié)構(gòu)有利于吸附還催化污染物，同時(shí)有利于分離。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種磁性負(fù)載二氧化錳催化劑的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及環(huán)境污染控制新材料的開(kāi)發(fā)，尤其涉及一種磁性負(fù)載二氧化錳催化劑的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]水滑石類(lèi)化合物(LDHs)是由層間陰離子及帶正電荷層板堆積而成的化合物。水滑石化學(xué)結(jié)構(gòu)通式為:[M2YxM3+x(OH)2]x+[(An—)x/n.mH20]，其中M2+和M3+分別為位于主體層板上的二價(jià)和三價(jià)金屬陽(yáng)離子，如Mg2+、Ni2+、Zn2+、Mn2+、Cu2+、Co2+、Pd2+、Fe2+等二價(jià)陽(yáng)離子和Al3+、Cr3+、C03+、Fe3+等三價(jià)陽(yáng)離子均可以形成水滑石;An—為層間陰離子，可以包括無(wú)機(jī)陰離子，有機(jī)陰離子，配合物陰離子、同多和雜多陰離子^為妒+/(12++13+)的摩爾比值，大約是4:1到2:1 ;m為層間水分子的個(gè)數(shù)。其結(jié)構(gòu)類(lèi)似于水鎂石Mg(OH)2,由八面體共用棱邊而形成主體層板。位于層板上的二價(jià)金屬陽(yáng)離子M2+可以在一定的比例范圍內(nèi)被離子半價(jià)相近的三價(jià)金屬陽(yáng)離子M3+同晶取代，使得層板帶正電荷，層間存在可以交換的的陰離子與層板上的正電荷平衡，使得LDHs的整體結(jié)構(gòu)呈電中性。層間的陰離子可被交換，經(jīng)過(guò)一系列改性，水滑石材料可以得到許多種性能各異的物質(zhì)。
[0003]通過(guò)離子交換等方式把一些化合物引入層間域，形成分子級(jí)別的支柱，制成的一類(lèi)孔徑大、分布規(guī)則的新型分子水平復(fù)合材料，具有吸附、轉(zhuǎn)化有機(jī)分子的特點(diǎn)。水滑石品種多，支柱化合物的可調(diào)性，改性后的粘土材料孔徑大小、吸附性質(zhì)等可以人為加以控制，因此可以根據(jù)用途的不同來(lái)進(jìn)行材料制備，在石油化工、環(huán)境保護(hù)等諸多領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用前景。
[0004]過(guò)渡金屬氧化物大多具有優(yōu)良的電學(xué)和光學(xué)特性，也具有優(yōu)異的催化性能。二氧化錳作為一種新型的環(huán)保催化劑在一氧化碳氧化、過(guò)氧化氫分解以及苯酚的濕法氧化等反應(yīng)中得到應(yīng)用。在一些揮發(fā)性有機(jī)物的催化氧化反應(yīng)中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該材料具有良好的疏水性能，對(duì)有機(jī)物具有較強(qiáng)的親和力，因此即使在水蒸氣存在下，二氧化錳材料也能夠選擇吸附并氧化這些揮發(fā)性有機(jī)物。但納米材料在使用的過(guò)程中有其固有的缺點(diǎn)即:易團(tuán)聚，因此需要將其負(fù)載于載體表面以獲得最佳的使用效果。
[0005]催化作用后存在分離困難的問(wèn)題，如果要分離干凈，需要經(jīng)過(guò)多個(gè)步驟，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是為克服現(xiàn)有技術(shù)中氧化錳結(jié)構(gòu)單一的不足，提供一種磁性負(fù)載二氧化錳催化劑的制備方法。
[0007]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是依次包括如下步驟:
[0008]I)將FeCl2溶解到水中，配置為濃度為2?3mol/L的溶液，取500mL該溶液，將其中置于恒溫70?80°C水浴中，同時(shí)滴加30% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))雙氧水2?4mL和一定量的NaOH稀溶液，保持pH值為12?13，反應(yīng)2?3h，轉(zhuǎn)入高壓釜中，在Ih內(nèi)升溫到150?180°C，繼續(xù)反應(yīng)4?8h，自然冷卻到室溫，在該過(guò)程中形成具有層狀結(jié)構(gòu)的沉淀，沉淀分離，去離子水洗2?3遍；
[0009]2)將沉淀得到的固體加入到濃度為2?4mol/L的十二烷基苯磺酸鈉溶液中，固液比為1:10?1:50，在50?80°C水浴中攪拌2?8h，磁場(chǎng)分離后用去離子水洗滌2?3遍，70?90 0C烘干，得到磁性有機(jī)水滑石。
[0010]3)將(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷、水楊醛和四水合氯化錳按1:1:1 (摩爾比)的量各2?4mol加入到20?40mL乙醇中形成溶液，在20?35°C下反應(yīng)6?8h，加入磁性有機(jī)水滑石，攪拌2?4h、沉淀分離，反應(yīng)生成的含錳有機(jī)配合物在分配作用下，形成含錳有機(jī)配合物柱撐水滑石；
[0011]4)將含錳有機(jī)配合物柱撐水滑石置于馬弗爐中，400?550°C下焙燒6?8h，其中的碳氮等元素轉(zhuǎn)化為氣體溢出，形成孔道，得到磁性負(fù)載二氧化錳催化劑。
[0012]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:部分二價(jià)鐵離子被雙氧水氧化生成的三價(jià)鐵，二價(jià)離子和生成的三價(jià)離子在70?80°C水浴中堿的作用下，產(chǎn)生磁性共沉淀，形成片層水滑石結(jié)構(gòu)，再在片層間交換入表面活性劑，使其表面由疏水性轉(zhuǎn)變?yōu)橛H水性，植入相應(yīng)的錳化合物，最后經(jīng)過(guò)煅燒，燒去C、N等物質(zhì)，得到具有磁性的多孔氧化錳材料。鐵錳摻雜，協(xié)同作用，促進(jìn)催化效果O
【具體實(shí)施方式】
[0013]以下進(jìn)一步提供本發(fā)明的3個(gè)實(shí)施例:
[0014]實(shí)施例1
[0015]將FeCl2溶解到水中，配置為濃度為3mol/L的溶液，取500mL該溶液，將其中置于恒溫75°C水浴中，同時(shí)滴加30% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))雙氧水3mL和一定量的NaOH稀溶液，保持pH值為13，反應(yīng)3h，轉(zhuǎn)入高壓釜中，在Ih內(nèi)升溫到180 °C，繼續(xù)反應(yīng)8h，自然冷卻到室溫，在該過(guò)程中形成具有層狀結(jié)構(gòu)的沉淀，沉淀分離，去離子水洗3遍;將沉淀得到的固體加入到濃度為3moI/L的十二烷基苯磺酸鈉溶液中，固液比為1:20，在80°C水浴中攪拌8h，磁場(chǎng)分離后用去離子水洗滌3遍，90°C烘干，得到磁性有機(jī)水滑石。將(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷、水楊醛和四水合氯化錳按1:1:1 (摩爾比)的量各4mol加入到40mL乙醇中形成溶液，在35 °C下反應(yīng)Sh，加入磁性有機(jī)水滑石，攪拌4h、沉淀分離，反應(yīng)生成的含錳有機(jī)配合物在分配作用下，形成含錳有機(jī)配合物柱撐水滑石；將含錳有機(jī)配合物柱撐水滑石置于馬弗爐中，550°C下焙燒7h，其中的碳氮等元素轉(zhuǎn)化為氣體溢出，形成孔道，得到磁性負(fù)載氧化錳催化劑。
[0016]采用U形管(內(nèi)徑4mm)連續(xù)流動(dòng)反應(yīng)評(píng)價(jià)裝置，稱量10mg合成得到的磁性負(fù)載氧化錳催化劑放置管中，并在管口處設(shè)置一磁場(chǎng)，調(diào)節(jié)空氣的流速為20mL/min，空氣流動(dòng)帶動(dòng)甲醛氣體進(jìn)入U(xiǎn)形管反應(yīng)器中，每小時(shí)流過(guò)每升催化劑的氣體體積(即空速)為6000h—L在300C條件下，該催化劑降解濃度為200ppm的甲醛氣體，降解率為85.5%。
[0017]實(shí)施例2
[0018]將FeCl2溶解到水中，配置為濃度為3mol/L的溶液，取500mL該溶液，將其中置于恒溫80°C水浴中，同時(shí)滴加30% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))雙氧水4mL和一定量的NaOH稀溶液，保持pH值為13，反應(yīng)3h，轉(zhuǎn)入高壓釜中，在Ih內(nèi)升溫到180 °C，繼續(xù)反應(yīng)8h，自然冷卻到室溫，在該過(guò)程中形成具有層狀結(jié)構(gòu)的沉淀，沉淀分離，去離子水洗3遍;將沉淀得到的固體加入到濃度為4moI/L的十二烷基苯磺酸鈉溶液中，固液比為1:50，在80°C水浴中攪拌8h，磁場(chǎng)分離后用去離子水洗滌3遍，90°C烘干，得到磁性有機(jī)水滑石。將(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷、水楊醛和四水合氯化錳按1:1:1 (摩爾比)的量各4mol加入到40mL乙醇中形成溶液，在35 °C下反應(yīng)Sh，加入磁性有機(jī)水滑石，攪拌4h、沉淀分離，反應(yīng)生成的含錳有機(jī)配合物在分配作用下，形成含錳有機(jī)配合物柱撐水滑石；將含錳有機(jī)配合物柱撐水滑石置于馬弗爐中，550°C下焙燒Sh，其中的碳氮等元素轉(zhuǎn)化為氣體溢出，形成孔道，得到磁性負(fù)載氧化錳催化劑。
[0019]采用U形管(內(nèi)徑4mm)連續(xù)流動(dòng)反應(yīng)評(píng)價(jià)裝置，稱量10mg合成得到的磁性負(fù)載氧化錳催化劑放置管中，并在管口處設(shè)置一磁場(chǎng)，調(diào)節(jié)空氣的流速為20mL/min，空氣流動(dòng)帶動(dòng)甲醛氣體進(jìn)入U(xiǎn)形管反應(yīng)器中，每小時(shí)流過(guò)每升催化劑的氣體體積(即空速)為6000h—L在300C條件下，該催化劑降解濃度為200ppm的甲醛氣體，降解率為83.2%。
[0020]實(shí)施例3
[0021]將FeCl2溶解到水中，配置為濃度為2mol/L的溶液，取500mL該溶液，將其中置于恒溫70°C水浴中，同時(shí)滴加30% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))雙氧水2mL和一定量的NaOH稀溶液，保持pH值為12，反應(yīng)2h，轉(zhuǎn)入高壓釜中，在Ih內(nèi)升溫到150 °C，繼續(xù)反應(yīng)4h，自然冷卻到室溫，在該過(guò)程中形成具有層狀結(jié)構(gòu)的沉淀，沉淀分離，去離子水洗2遍;將沉淀得到的固體加入到濃度為2mo I /L的十二烷基苯磺酸鈉溶液中，固液比為1:1O，在50 °C水浴中攪拌2h，磁場(chǎng)分離后用去離子水洗滌2遍，70°C烘干，得到磁性有機(jī)水滑石。將(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷、水楊醛和四水合氯化錳按1:1:1 (摩爾比)的量各2mol加入到20mL乙醇中形成溶液，在20 °C下反應(yīng)6h，加入磁性有機(jī)水滑石，攪拌2h、沉淀分離，反應(yīng)生成的含錳有機(jī)配合物在分配作用下，形成含錳有機(jī)配合物柱撐水滑石；將含錳有機(jī)配合物柱撐水滑石置于馬弗爐中，400°C下焙燒6h，其中的碳氮等元素轉(zhuǎn)化為氣體溢出，形成孔道，得到磁性負(fù)載氧化錳催化劑。
[0022]采用U形管(內(nèi)徑4mm)連續(xù)流動(dòng)反應(yīng)評(píng)價(jià)裝置，稱量10mg合成得到的磁性負(fù)載氧化錳催化劑放置管中，并在管口處設(shè)置一磁場(chǎng)，調(diào)節(jié)空氣的流速為20mL/min，空氣流動(dòng)帶動(dòng)甲醛氣體進(jìn)入U(xiǎn)形管反應(yīng)器中，每小時(shí)流過(guò)每升催化劑的氣體體積(即空速)為6000h—L在300C條件下，該催化劑降解濃度為200ppm的甲醛氣體，降解率為83.8%。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種磁性負(fù)載二氧化錳催化劑的制備方法，其特征是依次包括如下步驟: 1)將FeCl2溶解到水中，配置為濃度為2?3mol/L的溶液，取500mL該溶液，將其中置于恒溫70?80°C水浴中，同時(shí)滴加30% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))雙氧水2?4mL和一定量的NaOH稀溶液，保持pH值為12?13，反應(yīng)2?3h，轉(zhuǎn)入高壓釜中，在Ih內(nèi)升溫到150?180°C，繼續(xù)反應(yīng)4?8h，自然冷卻到室溫，在該過(guò)程中形成具有層狀結(jié)構(gòu)的沉淀，沉淀分離，去離子水洗2?3遍； 2)將沉淀得到的固體加入到濃度為2?4moI/L的十二烷基苯磺酸鈉溶液中，固液比為1:10?1:50，在50?80 °C水浴中攪拌2?8h，磁場(chǎng)分離后用去離子水洗滌2?3遍，70?90°C烘干，得到磁性有機(jī)水滑石。 3)將(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷、水楊醛和四水合氯化錳按1:1:1(摩爾比)的量各2?4mo I加入到20?40mL乙醇中形成溶液，在20?35 °C下反應(yīng)6?8h，加入磁性有機(jī)水滑石，攪拌2?4h、沉淀分離，反應(yīng)生成的含錳有機(jī)配合物在分配作用下，形成含錳有機(jī)配合物柱撐水滑石； 4)將含錳有機(jī)配合物柱撐水滑石置于馬弗爐中，400?550°C下焙燒6?8h，其中的碳氮等元素轉(zhuǎn)化為氣體溢出，形成孔道，得到磁性負(fù)載二氧化錳催化劑。
【文檔編號(hào)】B01J35/10GK106076357SQ201610405718
【公開(kāi)日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月12日
【發(fā)明人】黃文艷, 趙文昌
【申請(qǐng)人】常州大學(xué)