一種磁性復合氧化鎳催化劑的制備方法
【專利摘要】本發明公開一種磁性復合氧化鎳催化劑的制備方法。依次包括如下步驟：在恒溫水浴條件下，FeCl2溶液中滴加雙氧水和NaOH稀溶液，攪拌后轉入高壓釜中，繼續反應，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，得到磁性有機水滑石。將(3?氨基丙基)三乙氧基硅烷、水楊醛和六水合氯化鎳按1：1：1(摩爾比)的量制成形成溶液，加入磁性有機水滑石，形成含鎳有機配合物柱撐水滑石；將含鎳有機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化為氣體溢出，形成孔道，得到磁性協同氧化鎳催化劑。該結構有利于吸附還催化污染物，同時有利于分離。
【專利說明】
一種磁性復合氧化鎳催化劑的制備方法
技術領域
[0001]本發明涉及環境污染控制新材料的開發，尤其涉及一種磁性復合氧化鎳催化劑的制備方法。
【背景技術】
[0002]水滑石類化合物(LDHs)是由層間陰離子及帶正電荷層板堆積而成的化合物。水滑石化學結構通式為:[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和三價金屬陽離子，如Mg2+、Ni2+、Zn2+、Mn2+、Cu2+、Co2+、Pd2+、Fe2+等二價陽離子和Al3+、Cr3+、C03+、Fe3+等三價陽離子均可以形成水滑石;An—為層間陰離子，可以包括無機陰離子，有機陰離子，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為層間水分子的個數。其結構類似于水鎂石Mg(OH)2,由八面體共用棱邊而形成主體層板。位于層板上的二價金屬陽離子M2+可以在一定的比例范圍內被離子半價相近的三價金屬陽離子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的整體結構呈電中性。層間的陰離子可被交換，經過一系列改性，水滑石材料可以得到許多種性能各異的物質。
[0003]通過離子交換等方式把一些化合物引入層間域，形成分子級別的支柱，制成的一類孔徑大、分布規則的新型分子水平復合材料，具有吸附、轉化有機分子的特點。水滑石品種多，支柱化合物的可調性，改性后的粘土材料孔徑大小、吸附性質等可以人為加以控制，因此可以根據用途的不同來進行材料制備，在石油化工、環境保護等諸多領域有廣泛應用前景。
[0004]過渡金屬氧化物大多具有優良的電學和光學特性，也具有優異的催化性能。納米氧化鎳是一種重要的功能材料，由于尺寸與形貌的獨特性，其在涂飾、催化、電容電極、光吸收、氣敏傳感等工業領域中都有著重要的應用。根據對納米材料的形貌與尺寸的不同要求，人們采用各種方法制備出了氧化鎳的納米顆粒、納米棒、納米線、納米纖維、納米片。但納米材料在使用的過程中有其固有的缺點即:易團聚，因此需要將其負載于載體表面以獲得最佳的使用效果。
[0005]氧化鎳催化劑應用較廣，在催化氧化一些難降解的污染物方面也有較好的應用前景，比如:在室溫下催化氧化甲醛、催化氧化環己烷等有機物。但沒有合適的載體，氧化鎳的用量大，效率低;有研究用碳納米管或γ -Al2O3,但這些材料價格相對昂貴。
[0006]催化作用后存在分離困難的問題，如果要分離干凈，需要經過多個步驟，費時費力。
【發明內容】
[0007]本發明的目的是為克服現有技術中氧化鎳結構單一的不足，提供一種磁性復合氧化鎳催化劑的制備方法。
[0008]本發明采用的技術方案是依次包括如下步驟:
[0009]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，同時滴加30% (質量分數)雙氧水2?4mL和一定量的NaOH稀溶液，保持pH值為12?13，反應2?3h，轉入高壓釜中，在Ih內升溫到150?180°C，繼續反應4?8h，自然冷卻到室溫，在該過程中形成具有層狀結構的沉淀，沉淀分離，去離子水洗2?3遍；
[0010]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，磁場分離后用去離子水洗滌2?3遍，70?90 0C烘干，得到磁性有機水滑石。
[0011]3)將(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷、水楊醛和六水合氯化鎳按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6?8h，加入磁性有機水滑石，攪拌2?4h、沉淀分離，反應生成的含鎳有機配合物在分配作用下，形成含鎳有機配合物柱撐水滑石；
[0012]4)將含鎳有機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化為氣體溢出，形成孔道，得到磁性復合氧化鎳催化劑。
[0013]本發明的優點是:部分二價鐵離子被雙氧水氧化生成的三價鐵，二價離子和生成的三價離子在70?80°C水浴中堿的作用下，產生磁性共沉淀，形成片層水滑石結構，再在片層間交換入表面活性劑，使其表面由疏水性轉變為親水性，植入相應的鎳化合物，最后經過煅燒，燒去C、N等物質，得到具有磁性的多孔氧化鎳材料。鐵鎳摻雜，協同作用，促進催化效果O
【具體實施方式】
[0014]以下進一步提供本發明的3個實施例:
[0015]實施例1
[0016]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，同時滴加30% (質量分數)雙氧水3mL和一定量的NaOH稀溶液，保持pH值為13，反應3h，轉入高壓釜中，在Ih內升溫到180 °C，繼續反應8h，自然冷卻到室溫，在該過程中形成具有層狀結構的沉淀，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，磁場分離后用去離子水洗滌3遍，90°C烘干，得到磁性有機水滑石。將(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷、水楊醛和六水合氯化鎳按I: 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8h，加入磁性有機水滑石，攪拌4h、沉淀分離，反應生成的含鎳有機配合物在分配作用下，形成含鎳有機配合物柱撐水滑石；將含鎳有機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化為氣體溢出，形成孔道，得到磁性復合氧化鎳催化劑。
[0017]采用U形管(內徑4mm)連續流動反應評價裝置，稱量10mg合成得到的磁性復合氧化鎳催化劑放置管中，并在管口處設置一磁場，調節空氣的流速為20mL/min，空氣流動帶動甲醛氣體進入U形管反應器中，每小時流過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82.5%。
[0018]實施例2
[0019]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，同時滴加30% (質量分數)雙氧水4mL和一定量的NaOH稀溶液，保持pH值為13，反應3h，轉入高壓釜中，在Ih內升溫到180 °C，繼續反應8h，自然冷卻到室溫，在該過程中形成具有層狀結構的沉淀，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，磁場分離后用去離子水洗滌3遍，90°C烘干，得到磁性有機水滑石。將(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷、水楊醛和六水合氯化鎳按I: 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8h，加入磁性有機水滑石，攪拌4h、沉淀分離，反應生成的含鎳有機配合物在分配作用下，形成含鎳有機配合物柱撐水滑石；將含鎳有機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化為氣體溢出，形成孔道，得到磁性復合氧化鎳催化劑。
[0020]采用U形管(內徑4mm)連續流動反應評價裝置，稱量10mg合成得到的磁性復合氧化鎳催化劑放置管中，并在管口處設置一磁場，調節空氣的流速為20mL/min，空氣流動帶動甲醛氣體進入U形管反應器中，每小時流過每升催化劑的氣體體積(即空速)為6000h—L在30°C條件下，該催化劑降解濃度為200ppm的甲醛氣體，降解率為81.5%。
[0021]實施例3
[0022]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，同時滴加30% (質量分數)雙氧水2mL和一定量的NaOH稀溶液，保持pH值為12，反應2h，轉入高壓釜中，在Ih內升溫到150 °C，繼續反應4h，自然冷卻到室溫，在該過程中形成具有層狀結構的沉淀，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，磁場分離后用去離子水洗滌2遍，70°C烘干，得到磁性有機水滑石。將(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷、水楊醛和六水合氯化鎳按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6h，加入磁性有機水滑石，攪拌2h、沉淀分離，反應生成的含鎳有機配合物在分配作用下，形成含鎳有機配合物柱撐水滑石；將含鎳有機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化為氣體溢出，形成孔道，得到磁性復合氧化鎳催化劑。
[0023]采用U形管(內徑4mm)連續流動反應評價裝置，稱量10mg合成得到的磁性復合氧化鎳催化劑放置管中，并在管口處設置一磁場，調節空氣的流速為20mL/min，空氣流動帶動甲醛氣體進入U形管反應器中，每小時流過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82.7%。
【主權項】
1.一種磁性復合氧化鎳催化劑的制備方法，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，同時滴加30% (質量分數)雙氧水2?4mL和一定量的NaOH稀溶液，保持pH值為12?13，反應2?3h，轉入高壓釜中，在Ih內升溫到150?180°C，繼續反應4?8h，自然冷卻到室溫，在該過程中形成具有層狀結構的沉淀，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，磁場分離后用去離子水洗滌2?3遍，70?90°C烘干，得到磁性有機水滑石。 3)將(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷、水楊醛和六水合氯化鎳按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6?8h，加入磁性有機水滑石，攪拌2?4h、沉淀分離，反應生成的含鎳有機配合物在分配作用下，形成含鎳有機配合物柱撐水滑石； 4)將含鎳有機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化為氣體溢出，形成孔道，得到磁性協同氧化鎳催化劑。
【文檔編號】B01J23/755GK105964262SQ201610409618
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年6月12日
【發明人】黃文艷, 趙文昌
【申請人】常州大學