一种浒苔基水凝胶负载纳米金属催化硼氢化钠生产氢气的方法技术

本发明专利技术涉及一种浒苔基水凝胶负载纳米金属催化硼氢化钠生产氢气的方法。首先利用浒苔基水凝胶吸附行业污水中的重金属离子，再以水凝胶为载体将吸附的重金属离子转化为纳米金属，最后将制备的纳米金属作为催化剂催化硼氢化钠水解制氢。整个过程绿色安全高效，提高了产氢速率，为供氢系统的商业化应用提供了一个不错的选择，同时对浒苔基水凝胶的综合利用也为发展一种新型产业提供了可能。

【技术实现步骤摘要】
一种浒苔基水凝胶负载纳米金属催化硼氢化钠生产氢气的方法
本专利技术涉及一种新型催化产氢的方法，尤其是以浒苔基水凝胶为载体制备纳米金属并用于催化产氢，属于化学催化

技术介绍
水凝胶是一种具有网状结构的交联聚合物，能保持一定的形状，能吸收大量的水。浒苔基水凝胶是由藻类植物浒苔和丙烯酸为主要原料合成的新型水凝胶，可降解能力强，属于绿色化学产品，同时具有较强的吸附重金属离子能力，可用于处理行业污水中的重金属离子。浒苔基水凝胶的这些特点为以其作为载体制备纳米金属提供了可能。纳米金属颗粒由于尺寸小，表面所占的体积百分数大，表面的键态和电子态与颗粒内部不同，表面原子配位不饱和性导致大量的悬键和不饱和键，使得纳米金属粒子具有很高的表面活性。粒径越小，表面原子数所占比例越大，比表面积越大，表面光滑程度越差，形成凹凸不平的原子台阶，增加了化学反应的接触面，使其具有优良的催化性能。现代化学过程80％以上都是催化过程，因此催化剂在现代化学工业中扮演着重要的角色。另外从减少污染，加强“绿色”化学工业的角度考虑，也需要高效催化剂。纳米金属粒子的优异催化性质使其在催化领域具有重要的应用价值。目前纳米金属催化剂主要有两种，其一是金属纳米粒子催化剂，其二是负载型的金属纳米粒子催化剂。安全、高效的储氢和供氢系统是实现商业化应用所必须解决的关键问题之一。硼氢化钠水解制氢技术被认为是一种安全、高效和实用性强的制氢技术。原理如下：NaBH4+2H2O＝NaBO2+4H2↑。其优点主要有:(1)储氢效率高。(2)氢气纯度高。(3)反应启动快。(4)安全性高。(5)副产物可回收利用。通过添加催化剂并控制与硼氢化钠溶液接触的催化剂的量,就可控制产氢速度和产氢量,因此是一种理想的现场制氢技术。中国专利文件CN103420335A(申请号：201210387146.7)公开了一种用于产生氢气的组合物、反应器、装置及生产氢气的方法。所述组合物包含硼氢化钠和填充剂；所述填充剂是在碱性或中性条件中，且在130℃到140℃的温度下，仍保持化学稳定，且溶解度小于10g/100g水的物质；所述填充剂的堆积体积，是所述硼氢化钠的堆积体积的0.02倍～16倍；所述填充剂相对于所述硼氢化钠的质量比，小于或等于2∶1；所述的填充剂的堆积比重小于16；所述填充剂的平均粒径小于所述硼氢化钠的平均粒径。但是，该方法对于填充剂需要特别制备，成本较高。中国专利文件CN102824913A(申请号：201210334379.0)公开了一种硼氢化钠水解制氢催化剂的制备方法，以金属锂、氧化铝和有色金属氧化物为起始原料，锂和氧化铝的摩尔比为2∶1-3∶1，有色金属氧化物为氧化铝摩尔数的5-30mol％；利用机械球磨混合、高温煅烧还原等方法制备混合均匀的催化剂前驱体，然后前驱体与水反应，选择合适的硼氢化钠有机物水溶液和煅烧温度，实现LiAl2(OH)7及煅烧产物均匀包覆有色金属。但是，该催化剂制备步骤繁琐，而且成本较高。目前，利用浒苔基水凝胶负载纳米金属催化硼氢化钠生产氢气的方法，未见报道。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种浒苔基水凝胶负载纳米金属催化硼氢化钠生产氢气的方法。本专利技术的技术方案如下：一种浒苔基水凝胶负载纳米金属催化硼氢化钠生产氢气的方法，包括步骤如下：(1)将浒苔基水凝胶置于重金属离子溶液中，在室温条件下震荡吸附10-30h；(2)取出步骤(1)吸附完成后的浒苔基水凝胶，用水清洗去除未吸附的重金属离子；(3)将步骤(2)清洗完成后的浒苔基水凝胶置于硼氢化钠溶液中，在室温条件下连续搅拌2-10h，将吸附于浒苔基水凝胶上的重金属离子转化为纳米金属，得负载纳米金属的浒苔基水凝胶；(4)将步骤(3)得到的负载纳米金属的浒苔基水凝胶置于硼氢化钠溶液中，在搅拌条件下生产氢气。根据本专利技术，优选的，步骤(1)中所述的重金属离子为铜离子、镍离子、铅离子或钴离子；优选的，所述的重金属离子溶液的浓度为50-2000mg/L，更优选1000-1500mg/L；优选的，吸附时间为15-25h。根据本专利技术，优选的，步骤(2)中清洗的方式为：用水浸泡；更优选每4-6h换一次水，浸泡20-30h。根据本专利技术，优选的，步骤(3)中所述的硼氢化钠溶液的浓度为2-10g/L。根据本专利技术，优选的，步骤(4)中所述的硼氢化钠溶液的浓度为1-3g/L；优选的，负载纳米金属的浒苔基水凝胶的质量与硼氢化钠溶液的体积之比为100-500mg/L；优选的，搅拌条件下生产氢气的温度为30-60℃。本专利技术所述的浒苔基水凝胶为现有技术制备得到，可参见中国专利文件CN104761681A(申请号201510203389.4)。本专利技术步骤(3)得到的负载纳米金属的浒苔基水凝胶可储存在充氮气的去离子水中，常温密封保存。本专利技术的优点如下：1、原料浒苔基水凝胶属于绿色化学产品，且廉价易得，故降低了成本。2、制备纳米金属过程中吸附了大量重金属离子，故本专利技术可以处理行业废水的同时用于催化硼氢化钠溶液生产氢气，具有很好的环保效益和经济效益。3、本专利技术吸附在浒苔基水凝胶的纳米金属可以回收利用。4、本专利技术提高了硼氢化钠产氢速率。5、本专利技术所用的负载纳米金属的浒苔基水凝胶催化效果好，并且可以循环利用。附图说明图1本专利技术实施例1所得负载纳米铜的浒苔基水凝胶的扫描电镜图。图2本专利技术实验例1中温度对产氢效果的影响。图3本专利技术实验例2中负载纳米镍的浒苔基水凝胶的加入量对产氢效果的影响。图4本专利技术实验例3中硼氢化钠的加入量对产氢效果的影响。图5本专利技术实验例4中镍离子溶液浓度的大小对产氢效果的影响。图6本专利技术实验例5中纳米金属的重复利用效率对比。具体实施方式下面通过具体实施例并结合附图对本专利技术做进一步说明，但不限于此。实施例中所用浒苔基水凝胶为现有技术制备，参照中国专利文件201510203389.4，其他原料市场购得。实施例1、一种浒苔基水凝胶负载纳米金属催化硼氢化钠生产氢气的方法，包括步骤如下：(1)取浒苔基水凝胶0.05g于烧杯中，加入100ml铜离子含量为1000mg/L的硝酸铜溶液，在室温条件下震荡吸附24h；(2)取出步骤(1)吸附铜离子后的浒苔基水凝胶，用足量的去离子水浸泡，洗掉未吸附于水凝胶上的铜离子，每6h换一次水，浸泡24h；(3)取出步骤(2)清洗完成后的浒苔基水凝胶于烧杯中，加入100ml硼氢化钠含量为5g/L的硼氢化钠溶液，在室温条件下连续搅拌6h，将吸附于浒苔基水凝胶上的重金属离子转化为纳米金属，得负载纳米金属的浒苔基水凝胶；(4)取出负载纳米金属的浒苔基水凝胶置于圆底烧瓶中，加入100ml硼氢化钠含量为1g/L的硼氢化钠溶液，在磁力搅拌的条件下，在30℃温度下进行产氢。实施例2、如实施例1所述，所不同的是将硝酸铜溶液改为硝酸镍溶液：步骤(1)中取浒苔基水凝胶0.05g于烧杯中，加入100ml镍离子含量为1000mg/L的硝酸镍溶液，在室温条件下震荡吸附24h。其余操作、用量与实施例1完全相同。实施例3、如实施例1所述，所不同的是将硝酸铜溶液改为硝酸铅溶液：其余操作、用量与实施例1完全相同。实施例4、如实施例1所述，所不同的是将硝酸铜溶液改为硝酸钴溶液：其余操作、用量与实施例1完全相同。实施例5、如实施例2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种浒苔基水凝胶负载纳米金属催化硼氢化钠生产氢气的方法，包括步骤如下：(1)将浒苔基水凝胶置于重金属离子溶液中，在室温条件下震荡吸附10‑30h；(2)取出步骤(1)吸附完成后的浒苔基水凝胶，用水清洗去除未吸附的重金属离子；(3)将步骤(2)清洗完成后的浒苔基水凝胶置于硼氢化钠溶液中，在室温条件下连续搅拌2‑10h，将吸附于浒苔基水凝胶上的重金属离子转化为纳米金属，得负载纳米金属的浒苔基水凝胶；(4)将步骤(3)得到的负载纳米金属的浒苔基水凝胶置于硼氢化钠溶液中，在搅拌条件下生产氢气。

【技术特征摘要】
1.一种浒苔基水凝胶负载纳米金属催化硼氢化钠生产氢气的方法，包括步骤如下：（1）将浒苔基水凝胶置于重金属离子溶液中，在室温条件下震荡吸附10-30h；所述的重金属离子为铜离子、镍离子、铅离子或钴离子；（2）取出步骤（1）吸附完成后的浒苔基水凝胶，用水清洗去除未吸附的重金属离子；（3）将步骤（2）清洗完成后的浒苔基水凝胶置于硼氢化钠溶液中，在室温条件下连续搅拌2-10h，将吸附于浒苔基水凝胶上的重金属离子转化为纳米金属，得负载纳米金属的浒苔基水凝胶；（4）将步骤（3）得到的负载纳米金属的浒苔基水凝胶置于硼氢化钠溶液中，在搅拌条件下生产氢气；搅拌条件下生产氢气的温度为30-60℃。2.根据权利要求1所述的浒苔基水凝胶负载纳米金属催化硼氢化钠生产氢气的方法，其特征在于，步骤（1）中所述的重金属离子溶液的浓度为50-2000mg/L。3.根据权利要求2所述的浒苔基水凝胶负载纳米金属催化硼氢化钠生产氢气的方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：李倩，赵利伟，苏园，岳钦艳，高宝玉，王燕，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37