一种纳米铜基催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种纳米铜基催化剂及其制备方法，属于化学领域。本发明专利技术以二甲基咪唑和六水合硝酸钴为原料混合煅烧，形成多孔中空的纳米笼晶格，再加入六水合硝酸铜，将铜离子掺杂到晶格中，形成配位的催化剂活性体，在光驱动水氧化中增强催化产氧活性，提高了催化效率；本发明专利技术以二氰二胺、偏钒酸铵为原料，通过煅烧，得到掺杂石墨相氮化碳的催化剂前驱体，提高油酸负载催化量，减少催化剂的使用量；本发明专利技术以六水合三氯化铁、无水乙酸钠、1,6‑己二胺等为原料形成磁性负载物，具有超顺磁性质，可以将催化剂进行回收重复利用，提高催化剂使用效率。本发明专利技术解决了目前催化剂的催化活性低、加量大的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种纳米铜基催化剂及其制备方法
本专利技术属于化学领域，具体涉及一种纳米铜基催化剂及其制备方法。
技术介绍
随着对环境保护的重视和石油资源的紧缺，以油脂为原料生产各种皂类产品、各种脂肪酸及脂肪酸衍生物的油脂化工工业得到蓬勃发展。油酸是油脂化工领域的重要原料，主要来源于自然界。油酸主要以其甘油酯的形式存在于动植物油脂中。将油酸含量高的油脂经过皂化、酸化分离，即可得到油酸。目前，油脂化工企业生产的工业油酸产品其实是棕榈酸C16：0、硬脂酸C18：0、油酸C18：1、亚油酸C18：2、亚麻酸C18：3等的混合物，其中油酸C18：1含量只有30%~40%，纯度不高，制约了油酸下游产品的质量提升。一直以来，油脂化工企业不能生产出高品质的高纯度油酸，市场长期被其他产品所占有。高纯油酸一般指C18：1含量超过70%的油酸，其稳定性好，对皮肤无刺激。安全性高，具有优良的物理、化学特性，还可以加工成高纯度油酸衍生物，所以高纯油酸可作为生产增塑剂、洗涤剂和表面活性剂等多种精细化学品的主要基础原料，更适用于医药、化妆品、生物工程等领域的应用，在经济中具有重要的作用。工业油酸通过选择性催化加氢可以有效地减少其中的亚麻酸、亚油酸的含量，提高油酸含量的同时不明显增加硬脂酸的含量，具有非常重要的工业意义。因此开发合适的高效催化剂进行工业油酸选择性加氢势在必行。纳米过渡金属氧化物（MOs）是一种新颖的功能性材料，以其独特的物化性能，广泛应用于微电子，光电，化学工业及环保等领域中，得到了广泛的关注与研究。在众多纳米过渡金属氧化物（MOs）中，纳米铜基氧化物（纳米Cu2O）是一类新型的功能材料，在科学研究领域和工业应用领域中都具有良好的潜在应用价值，如光电材料，传感器和催化材料等。传统的纳米Cu-Cu2O催化剂，由于其颗粒在空气中极易氧化变成二价铜，氧化后的催化剂其本是催化活性大大降低，在催化反应过程中，需要大量的Cu-Cu2O催化剂才能完成对产品的催化反应；因此生产出一种催化活性高，用量低的纳米铜基催化剂具有很大的市场前景。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题：针对目前催化剂的催化活性低、加量大的问题，提供一种纳米铜基催化剂及其制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下所述的技术方案是：一种纳米铜基催化剂包括催化剂活性体、催化剂前驱体、磁性负载物；所述催化剂活性体的制备方法，包括如下步骤：（1）取二甲基咪唑按质量比1~3：10~20加入甲醇搅拌混合，得溶液A，取六水合硝酸钴按质量比2~4：25~35加入甲醇搅拌混合，得溶液B，取溶液A按质量比4~7：2~4加入溶液B，于45~50℃搅拌混合，静置，离心，取沉淀经甲醇洗涤，干燥，得干燥物，取干燥物保温，冷却至室温，得冷却物；（2）取冷却物按质量比1~4：50~60加入乙醇搅拌混合，再加入冷却物质量7~10%的六水合硝酸铜，搅拌混合2~3h，离心，取沉淀a经无水乙醇洗涤，干燥，于350~400℃煅烧1~2h，冷却至室温，即得催化剂活性体。所述步骤（1）中干燥物的保温条件为：于400~450℃保温2~3h，控制升温速率为2℃/min。所述催化剂前驱体的制备方法，包括如下步骤：取二氰二胺于石英方舟中，通入氮气保护，升温至280~300℃保温2~3h，再升温至500~55℃煅烧3~4h，得煅烧物，取煅烧物按质量比3~5：0.2~0.4：20~30加入偏钒酸铵、去离子水，磁力搅拌20~30min，升温至70~80℃搅拌混合，干燥，研磨粉碎，过80目筛，收集过筛颗粒，通入氮气保护，将过筛颗粒保温、煅烧，冷却至室温，即得催化剂前驱体。所述过筛颗粒的保温、煅烧条件为：于300~350℃保温1~2h，再升温至500~550℃煅烧3~4h。所述磁性负载物的制备方法，包括如下步骤：取六水合三氯化铁按质量比1~3：2~5：5~7加入无水乙酸钠、1,6-己二胺，得混合物，取混合物按质量比1~3：5~8加入乙二醇混合，于25~30℃搅拌混合，再升温至150~200℃保温，磁铁吸引，取磁铁吸引物经去离子水、无水乙醇洗涤，干燥，即得磁性负载物。一种纳米铜基催化剂的制备方法，包括如下步骤：按质量份数计，取5~8份催化剂活性体、1~3份催化剂前驱体、7~10份磁性负载物、50~70份无水乙醇混合，超声分散20~30min，得超声液，取超声液按质量比7~9：4~6加入硼氢化钠乙醇溶液搅拌混合，磁铁吸引，取磁铁吸引物a经去离子水、乙醇洗涤，干燥，即得纳米铜基催化剂。所述搅拌混合条件为：于25~30℃搅拌混合1~2h。本专利技术与其他方法相比，有益技术效果是：（1）本专利技术以二甲基咪唑和六水合硝酸钴为原料混合煅烧，形成多孔中空的纳米笼晶格，多孔的三维中空框架为催化反应提供了丰富的反应活性位点，再加入六水合硝酸铜，将铜离子掺杂到晶格中，形成配位的催化剂活性体，在油酸脱氢氧化中表现出较好的催化活性，催化过程中通过Co3O4价带上转移到CuO上的光生空穴和形成的CuO本身产生的光生空穴一起氧化脱氢，同时催化剂活性体存在的异质结构通过形成内在电子场加强了电荷空穴的分离，在光驱动水氧化中增强催化产氧活性，提高了催化效率；（2）本专利技术以二氰二胺、偏钒酸铵为原料，通过煅烧，得到掺杂石墨相氮化碳的催化剂前驱体，通过负载钴、铜等过渡金属氧化物，其具有类似于石墨的二维平面π共轭结构，过渡金属物种可能与石墨相氮化碳基体间通过类似于金属M-N化学键的形式结合，形成了化学配位键，引入的钒对油酸加氢氧化具有优异的氧化还原催化性能，同时疏水的类石墨共轭平面结构有利于吸附和活化油酸，增加催化剂表面的路易斯酸的活性位点，提高油酸负载催化量，减少催化剂的使用量；（3）本专利技术以六水合三氯化铁、无水乙酸钠、1,6-己二胺等为原料形成磁性负载物，将较少的氨基基团修饰到磁性粒子表面，N与过渡金属粒子形成化学键合，较好的固定催化剂中的纳米粒子，防止催化剂活性物质的流失与反应中的粒子团聚，同时表面具有较多的路易斯酸活性位点，形成具有酸特性又具有加氢效果的双功能磁性负载物，通过负载的活性过渡金属粒子较好的分散在载体表面，使得与接触催化物质的反应界面增大，提高了催化活性，同时其具有较高的饱和磁感应强度，并且具有超顺磁性质，可以将催化剂进行回收重复利用，提高催化剂使用效率。具体实施方式催化剂活性体：（1）取二甲基咪唑按质量比1~3：10~20加入甲醇，搅拌混合15~20min，得溶液A，取六水合硝酸钴按质量比2~4：25~35加入甲醇，搅拌混合10~20min，得溶液B，取溶液A按质量比4~7：2~4加入溶液B，于45~50℃搅拌混合20~30min，静置36~72h，离心，取沉淀经甲醇洗涤，干燥，得干燥物，取干燥物于400~450℃保温2~3h，控制升温速率为2℃/min，冷却至室温，得冷却物；（2）取冷却物按质量比1~4：50~60加入乙醇，搅拌混合5~10min，再加入冷却物质量7~10%的六水合硝酸铜，搅拌混合2~3h，离心，取沉淀a经无水乙醇洗涤，干燥，于350~400℃煅烧1~2h，冷却至室温，即得催化剂活性体。催化剂前驱体：取二氰二胺于石英方舟中，通入氮气保护，升温至280~300℃保温2~3h，再升温至500~550℃煅烧3~4h，得煅烧物，取煅烧物按质量比3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米铜基催化剂，其特征在于，包括催化剂活性体、催化剂前驱体、磁性负载物；所述催化剂活性体的制备方法，包括如下步骤：（1）取二甲基咪唑按质量比1~3：10~20加入甲醇搅拌混合，得溶液A，取六水合硝酸钴按质量比2~4：25~35加入甲醇搅拌混合，得溶液B，取溶液A按质量比4~7：2~4加入溶液B，于45~50℃搅拌混合，静置，离心，取沉淀经甲醇洗涤，干燥，得干燥物，取干燥物保温，冷却至室温，得冷却物；（2）取冷却物按质量比1~4：50~60加入乙醇搅拌混合，再加入冷却物质量7~10%的六水合硝酸铜，搅拌混合2~3h，离心，取沉淀a经无水乙醇洗涤，干燥，于350~400℃煅烧1~2h，冷却至室温，即得催化剂活性体。

【技术特征摘要】
1.一种纳米铜基催化剂，其特征在于，包括催化剂活性体、催化剂前驱体、磁性负载物；所述催化剂活性体的制备方法，包括如下步骤：（1）取二甲基咪唑按质量比1~3：10~20加入甲醇搅拌混合，得溶液A，取六水合硝酸钴按质量比2~4：25~35加入甲醇搅拌混合，得溶液B，取溶液A按质量比4~7：2~4加入溶液B，于45~50℃搅拌混合，静置，离心，取沉淀经甲醇洗涤，干燥，得干燥物，取干燥物保温，冷却至室温，得冷却物；（2）取冷却物按质量比1~4：50~60加入乙醇搅拌混合，再加入冷却物质量7~10%的六水合硝酸铜，搅拌混合2~3h，离心，取沉淀a经无水乙醇洗涤，干燥，于350~400℃煅烧1~2h，冷却至室温，即得催化剂活性体。2.根据权利要求1所述的纳米铜基催化剂，其特征在于，所述步骤（1）中干燥物的保温条件为：于400~450℃保温2~3h，控制升温速率为2℃/min。3.根据权利要求1所述的纳米铜基催化剂，其特征在于，所述催化剂前驱体的制备方法，包括如下步骤：取二氰二胺于石英方舟中，通入氮气保护，升温至280~300℃保温2~3h，再升温至500~550℃煅烧3~4h，得煅烧物，取煅烧物按质量比3~5：0.2~0.4：20~30加入偏钒酸铵、去离子水，磁力搅拌20~30min，升温至70~80℃搅...

【专利技术属性】
技术研发人员：张剑，路芸，庞成荣，
申请(专利权)人：张剑，
类型：发明
国别省市：江苏,32