一种CuOX催化剂、其制备方法和在防治环境污染中的应用技术

本发明专利技术提供一种CuOx催化剂、其制备方法和在防治环境污染中的应用，本发明专利技术的制备方法包括如下步骤：步骤一，将1,3,5‑苯三甲酸醇溶液与硝酸铜溶液混合，搅拌后晶化，进行下一步；步骤二，晶化后冷却，用水和醇的混合溶液洗涤，干燥得到Cu‑BTC晶体；步骤三，将Cu‑BTC晶体焙烧后，得到CuOx催化剂。该制备方法简单，易操作，适用于工业化应用。采用该制备方法制得的CuOx催化剂具有高分散、均一的八面体结构和高比表面积，催化活性高，催化转化CO转化率高，能够防治环境污染。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于金属有机骨架催化材料领域，具体涉及一种CuOx催化剂、其制备方法和在环境污染中的应用。
技术介绍
众所周知，CO作为最主要的空气污染物之一，具有典型的易燃、易爆、有毒等特性，危害人们的健康和生活。化学工业、化石燃料的不完全燃烧以及机动车尾气的排放等产生了大量的CO。此外，CO传感器、防毒面具以及密闭体系内的低浓度CO消除等方面都涉及到CO的净化问题。因此，研究开发高效、高效率、耐久性、低成本的CO催化剂具有很广阔的前景。虽然贵金属催化剂拥有良好的CO低温催化活性，例如贵金属金(Au)，铂(Pt)，钯(Pd)，但是由于成本高昂，不利于商业化应用。利用廉价易得的金属铜(Cu)制备催化剂有较好的商业应用前景。但是目前对于CO催化氧化效果一般。Ren，Y(Ren，Y；Ma，Z；Qian，L.P；Dai，S；He，H；Bruce，P.G.CatalLett2009,131,146-154.)等采用硬模板法制备介孔CuO催化剂，在134℃时CO才能达到50％的转化。Huang，HW(Qu，Z.P；Yu，F.L；Zhang，X.D；Wang，Y；Gao，J.S.HuangH.W；Zhang，L.Q；Wu,，K.W；Yu，Q；Chen，Ru；Yang，H.S；PengX.S；Ye，Z.Z.NanoScale,2012,4,7832-7841.)。等通过调控金属阳离子制备出纳米结构的CuO催化剂，在200℃下CO的转化率达到90％。Wang，X(Wang，X；Liu，C；Zheng，B.J；Jiang，Y.Q；Zhang，L；Xie，Z.X；ZhengL，S.J.Mater.Chem.A,2013，1,282-287.)等通过化学湿选法合成Cu2O微晶催化剂，在220℃下CO的转化率达到50.4％。Zhou，M(Zhou，M；Gao，Y.A；Wang，B.X；Rozynek，Z；Fossum，J.O.Eur.J.Inorg.Chem.2010，5，729-34)等通过碳酸盐辅助水热合成法出纳米多孔CuO，在160℃下CO的转化率就可以达到100％。近年来Kamsi，AE(Kasmi，A.E；Tian，Z.Y；Vieker，H；Beyer，A；Chafik，T.Appl.Catal.B,2016,186,10-18)等采用脉冲喷雾蒸发化学气相沉积法构建Cu2O薄片催化剂，在150℃下CO的转化率达到50％，当温度进一步升高至165℃时，CO的转化率即达到90％。但是，以上这些方法制备得到的催化剂催化活性均不佳，CO转化率较低，限制了其工业化应用。
技术实现思路
本专利技术是为解决上述问题而进行的，目的提供一种催化活性高、CO转化率高、同时能适用于工业化应用的CuOx催化剂、及该催化剂的制备方法和该催化剂在环境污染中的应用。本专利技术采用了如下技术方案：本专利技术提供了一种CuOx催化剂的制备方法，具有这样的特征，包括如下步骤：步骤一，将1,3,5-苯三甲酸醇溶液与硝酸铜溶液按一定质量比混合，搅拌20～40min后，晶化18～30h，进行下一步；步骤二，晶化后冷却，用水和醇的混合溶液洗涤多次，在温度为80～120℃的条件下干燥8～16h，得到Cu-BTC晶体；步骤三，将Cu-BTC晶体在温度为200～600℃、反应气氛条件下焙烧0.5h～3h，得到CuOx催化剂，其中，CuOx催化剂中X的值为0.5～1。在本专利技术提供的CuOx催化剂的制备方法中，还可以具有这样的特征：其中，在步骤一中，1,3,5-苯三甲酸醇溶液的浓度为0.1～1g/mL，硝酸铜溶液的浓度0.1～0.5g/mL。在本专利技术提供的CuOx催化剂的制备方法中，还可以具有这样的特征：在所述步骤一中，1,3,5-苯三甲酸醇溶液为1,3,5-苯三甲酸甲醇溶液或1,3,5-苯三甲酸乙醇溶液。在本专利技术提供的CuOx催化剂的制备方法中，还可以具有这样的特征：在步骤一中，1,3,5-苯三甲酸醇溶液与硝酸铜溶液的质量比为1:0.4～1.5。在本专利技术提供的CuOx催化剂的制备方法中，还可以具有这样的特征：在步骤一中，1,3,5-苯三甲酸醇溶液与硝酸铜溶液搅拌温度在30～40℃范围内。在本专利技术提供的CuOx催化剂的制备方法中，还可以具有这样的特征：在步骤二中，水为去离子水，醇为甲醇或乙醇。在本专利技术提供的CuOx催化剂的制备方法中，还可以具有这样的特征：在步骤二中，洗涤次数为3～5次。在本专利技术提供的CuOx催化剂的制备方法中，还可以具有这样的特征：在步骤三中，反应气氛为CO、O2、H2、N2、He以及Ar中的任意一种或其混合气体。本专利技术还提供一种采用上述制备方法制备得到的CuOx催化剂，具有这样的特征：CuOx催化剂中X的范围为0.5～1，CuOx催化剂的孔径为0.78～24nm，比表面积为5.1～957.3m2/g。本专利技术还提供了一种上述CuOx催化剂在防治环境污染中的应用。专利技术作用与效果本专利技术提供了一种CuOx催化剂、其制备方法和在防治环境污染中的应用，本专利技术的制备方法将1,3,5-苯三甲酸醇溶液与硝酸铜溶液混合、搅拌，晶化后，再用水和醇洗涤，干燥后，得到Cu-BTC晶体；最后将Cu-BTC晶体焙烧后得到CuOx催化剂，制备方法简单，易操作，适用于工业化应用。采用该制备方法制得的CuOx催化剂具有高分散、均一的八面体结构和高比表面积，催化活性高，催化转化CO转化率高，能够防治环境污染。附图说明图1是本专利技术实施例一中CuOx催化剂的制备方法制得的CuOx催化剂的X射线衍射图；图2是本专利技术实施例一中CuOx催化剂的制备方法制得的CuOx催化剂对N2吸附-脱附图；图3是本专利技术实施例一中CuOx催化剂的制备方法制得的CuOx催化剂孔径分布图。图4是本专利技术实施例一中CuOx催化剂的制备方法制得的CuOx扫描电镜图。具体实施方式以下结合实施例和附图对本专利技术的CuOx催化剂、其制备方法和在防治环境污染中的应用进行进一步说明。<实施例一>一种CuOx催化剂的制备方法，包括以下步骤：步骤一，称取1.9664g1,3,5-苯三甲酸(H3BTC)溶于20mL乙醇中，搅拌溶解得到1,3,5-苯三甲酸醇溶液；同时称取4.48g三水合硝酸铜Cu(NO3)2·3H2O溶于10mL去离子水中，搅拌至溶解得到硝酸铜溶液。步骤二，将1,3,5-苯三甲酸醇溶液与硝酸铜溶液按质量比为1:1.25混合，搅拌30min后，装入反应釜中在140℃的条件下晶化24h。步骤三，晶化后冷却，用去离子水和乙醇的混合溶液洗涤3次，在温度为100℃的烘箱内干燥12h，得到Cu-BTC晶体。步骤四，将Cu-BTC晶体在温度为250℃、气氛组成(体积比1％CO，20％O2，79％He)条件下焙烧2h，得到CuOx(含有CuO50％、Cu2O50％)催化剂。图1是本专利技术实施例一中CuOx催化剂的制备方法制得的CuOx催化剂的X射线衍射图。如图1所示，CuOx(含有CuO50％、Cu2O50％)催化剂在衍射角2θ＝36.5°时有明显的衍射峰。图2是本专利技术实施例一中CuOx催化剂的制备方法制得的CuOx催化剂对N2吸附-脱附图。如图2所示，在相对压力在0.05～0.8时，吸收体积缓慢增长；在相对压力在0.8～0.995时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种CuOx催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一，将1,3,5‑苯三甲酸醇溶液与硝酸铜溶液按一定质量比混合，搅拌20～40min后，晶化18～30h，进行下一步；步骤二，晶化后冷却，用水和醇的混合溶液洗涤多次，在温度为80～120℃的条件下干燥8～16h，得到Cu‑BTC晶体；步骤三，将所述Cu‑BTC晶体在温度为200～600℃、反应气氛条件下焙烧0.5h～3h，得到所述CuOx催化剂，其中，所述CuOx催化剂中X的值为0.5～1。

【技术特征摘要】
1.一种CuOx催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一，将1,3,5-苯三甲酸醇溶液与硝酸铜溶液按一定质量比混合，搅拌20～40min后，晶化18～30h，进行下一步；步骤二，晶化后冷却，用水和醇的混合溶液洗涤多次，在温度为80～120℃的条件下干燥8～16h，得到Cu-BTC晶体；步骤三，将所述Cu-BTC晶体在温度为200～600℃、反应气氛条件下焙烧0.5h～3h，得到所述CuOx催化剂，其中，所述CuOx催化剂中X的值为0.5～1。2.根据权利要求1所述的CuOx催化剂的制备方法，其特征在于：其中，在所述步骤一中，所述1,3,5-苯三甲酸醇溶液的浓度为0.1～1g/mL，所述硝酸铜溶液的浓度0.1～0.5g/mL。3.根据权利要求1所述的CuOx催化剂的制备方法，其特征在于：其中，在所述步骤一中，所述1,3,5-苯三甲酸醇溶液为1,3,5-苯三甲酸甲醇溶液或1,3,5-苯三甲酸乙醇溶液。4.根据权利要求1所述的CuOx催化剂的制备方法，其特征在于：其中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓东，董寒，李红欣，侯扶林，杨阳，王吟，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：上海;31