本发明专利技术涉及一种用于降解水合联氨的镍基催化剂的简易合成方法。其配方为以镍的化合物和钕的化合物为前驱物，采用不添加表面活性剂的共还原方法制得非负载镍基纳米颗粒，催化剂结构式为Ni1‑x‑(Nd2O3)x，x为前驱液的摩尔比。其制造方法为(1)溶液配制：在室温常压下，用镍源前驱物和钕源前驱物配置成溶液A；用还原剂配置成溶液B；所述镍源前驱液和钕源前驱物的物质的量之比为1‑0.5∶0‑0.5；(2)催化剂制备：将溶液A迅速加入到溶液B中，在室温常压的条件下，磁力搅拌5‑10分钟，然后将溶液转移至离心管中，反复离心清洗3‑4次，将最后得到黑色沉淀冷冻干燥24h后，得到所要的催化剂。本发明专利技术所述催化剂的制备方法与一般方法相比，生产流程短，工艺简单。
【技术实现步骤摘要】
本方法涉及一种用于降解水合联氨镍基催化剂的简易合成方法，属于环境催化领域。
技术介绍
近年来，随着工业进程的加快，水合联氨的使用越来越多。水合联氨(N2H4·H2O)又称水合肼，是一种在工业上有广泛应用的化学物质，是医药、农药、染料、发泡剂、显像剂、抗氧剂的原料；大量用作大型锅炉水的脱氧剂；还用于制造高纯度金属、合成纤维、稀有元素的分离。此外，还用来制造火箭料和炸药等。也用作分析试剂。但其具有毒性，对人体和环境也有一定的危害。随着水合联氨在工业上越来越广泛的应用，大量含有水合联氨的废水也随之产生，对水合联氨废水的处理方法值得探究。使用催化剂对水合联氨进行分解，是一种简便有效的方法。催化剂可以促进水合联氨的分解，并获得氢气。在催化剂作用下，N2H4·H2O的分解有两种途径：完全分解生成N2和H2(1.1)；不完全分解生成N2和NH3(1.2)。H2NNH2·H2O→N2(g)+2H2(g)+H2O(1.1)3H2NNH2·H2O→4NH3(g)+N2(g)+H2(g)(1.2)相比较而言，不完全分解会降低N2H4·H2O的储氢效率，因此要求催化剂必须有高的H2选择性。最近几年各种双金属催化剂被用于低温液相N2H4·H2O分解。大量研究表明，Ni和贵金属形成的合金可以大大提高H2的选择性，即在70℃条件下H2的选择性达100％，如：RhxNiy(Rh/Ni＝1∶16-64∶1)，当x＝4，y＝1时，H2的选择性达100％。为进一步降低催化剂成本以推进催化剂在实际生活中应用，非贵金属催化剂的研究也取得很大的进展。研究发现，Ni与其他非贵金属和过渡金属形成的双金属合金催化剂不仅价格低廉，同时通过金属间的协同效应和电子转移也能达到和贵金属一样的高H2的选择性(达90％以上)和活性，如：Ni-Fe纳米催化剂最高催化性能达81％。Xu等人用硼氢化钠做还原剂制备一系列不同Ni/Fe比例的催化剂，并测试它们催化N2H4·H2O制氢的H2的选择性。研究发现，在70℃时，NiFe催化剂中加NaOH(0.5M)在190min内能完全分解N2H4·H2O，且H2的选择性高达100％。这可能是因为NaOH增强了催化剂表面的强碱性，从而抑制了NH3的产生。稀土元素是一种良好的催化剂助剂，而且资源丰富，价格低廉，在镍基催化剂中加入稀土元素可以显著提高水合肼的分解速率和选择性。目前，针对稀土元素钕作为金属催化剂助剂用于降解水合联氨废水的报道较少。
技术实现思路
本专利技术针对的问题，设计了稀土元素钕修饰的镍基金属催化剂，该专利技术制作方法简单，易操作，相对于贵金属，价格低廉，而且催化效果好，具有很高的催化活性和选择性，稳定性强，可以多次使用。催化材料具有磁性，易于分离。本专利技术解决用于含有水合联氨废水的降解的催化剂的制备，制造方法技术问题的技术方案是将镍源前驱物和钕源前驱物配制好的溶液按一定比例混合均匀，然后迅速向混合好的溶液中加入过量的还原剂进行共还原，从而得到所需的催化剂，催化剂的结构式为Ni(1-x)Ndx，其中x＝0-0.5。本专利技术解决水合联氨的降解以及气体收集的问题，其制造方法为，取一定量制备好的催化剂，放入置于恒温水浴锅上的圆底烧瓶中，向其中加入过量的NaOH溶液，圆底烧瓶的塞子与注满水的气体量管用一根胶皮管连接，然后向圆底烧瓶中加入水合联氨溶液，迅速盖好瓶塞，在30-80℃反应0.1-2h，获得氢气。相比于其他的制备方法和材料，该方法操作简单，在室温下即可完成催化剂的制备，相比于加入贵金属，该方法价格更加低廉，相比于其他非金属元素，钕元素的选择性要明显优于其他元素，且加入量小，反应速率快，稳定性好。具体实施方式下面结合实例进一步叙述本专利技术：一种用于分解水合联氨产氢的简易合成的镍基催化剂，其特征在于所述催化剂由镍、钕组成，其结构式为Ni(1-x)-(Nd2O3)x，其中x＝0-0.5。所述用于分解水合联氨产氢的催化剂简易制备方法，包括以下步骤：(1)溶液配制：在室温常压下，用镍源前驱物和钕源前驱物配置成溶液A；用还原剂配置成溶液B；所述镍源前驱液和钕源前驱物的物质的量之比为1-0.5∶0-0.5；(2)催化剂制备：将溶液A迅速加入到溶液B中，在室温常压的条件下，磁力搅拌5-10分钟，停止搅拌，将溶液转移至离心管中，经离心后倒掉上层清液，加入超纯水超声清洗10分钟，反复离心清洗3-4次，最后得到黑色沉淀，冷冻干燥24h后，得到所要的催化剂。所述镍源前驱物为六水合氯化镍、六水合硝酸镍或七水合硫酸镍；所述钕源前驱物为六水合硝酸钕、八水合硫酸钕或七水氯化钕；所述镍源前驱物：钕源前驱物的物质的量的比为1-0.5∶0-0.5；所述还原剂为硼氢化钠或硼氢化钾；所述室温为15℃-35℃；所述溶解镍源前驱物、钕源前驱物和还原剂的溶剂是去离子水。一种使用本专利技术所述用于分解水合联氨产氢的简易合成的镍基催化剂Ni(1-x)-(Nd2O3)x分解水合联氨制备氢气的方法，包括以下步骤：(1)取一定量制备好的催化剂，放入置于恒温水浴锅上的圆底烧瓶中，向其中加入过量的NaOH溶液。(2)然后向圆底烧瓶中加入水合联氨溶液，在30-80℃反应0.1-2h，制备氢气。利用所述的本专利技术方法可以制得一系列性能和规格的产品。下面介绍本专利技术的具体实施例，但本专利技术不受具体实施例的限制：实施例1：Ni(1-x)-(Nd2O3)x纳米颗粒的制备用移液枪分别量取1.88ml氯化镍溶液和0.12ml硝酸钕溶液至50ml圆底烧瓶中，混合均匀，将圆底烧瓶置于磁力搅拌器上；然后，在磁力搅拌的条件下，向圆底烧瓶中迅速加入1.5ml0.03g/ml的硼氢化钠溶液，观察到大量黑色沉淀以及气泡产生(硼氢化钠溶液现用现配)；待气泡完全消失，将圆底烧瓶中的溶液转移至离心管中，经离心并超声清洗3-4次，冷冻干燥24h后得到Ni0.94Nd0.06纳米颗粒，备用。通过改变前驱液混合溶液中Ni和Nd的量，可以得到不同掺杂比例的Ni(1-x)-(Nd2O3)x纳米颗粒，x为Nd前驱液的体积比，范围在0-0.1之间。实施例2：催化剂活性测试本专利技术的催化剂评价是在密闭排水系统中进行。实验过程如下：反应在恒温水浴中进行，将3mL去离子水与50mg催化剂加入圆底烧瓶中，加入1mL6mol/L的NaOH溶液，磁力搅拌1min，然后向圆底烧瓶中加入0.2mL水合肼溶液，同时开始计时。测试使用的水合肼质量分数为50％。水合肼催化分解产生的气体通过盐酸吸收装置将氨气吸收，剩余的仅为氢气和氮气，可通过读取产气量计算反应的选择性。比较不同组成比例催化剂的活性测试结果，如表1.表1不同组成比例催化剂活性测试结果比较(70℃)由表1可看出，Ni(1-x)-(Nd2O3)x纳米颗粒在70℃催化分解水合肼产氢的选择性可以达到80％以上，其中Ni0.94-(Nd2O3)0.06纳米颗粒的催化选择性可以达到100％。简易法制备Ni(1-x)-(Nd2O3)x纳米颗粒催化反应速率高于共沉淀方法制备的负载型催化剂。实例3：催化剂寿命测试对实施例1中制备的Ni0.94-(Nd2O3)0.06纳米催化剂进行了多次循环活性测试，测试方法如实施例2所述，反应温度为70℃，测试结果如表2。表2Ni0.94Nd0.06纳米催化剂的多次循环活本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于降解水合联氨镍基催化剂，其特征在于所述催化剂由镍、钕组成，其结构式为，其中x＝0‑0.5。
【技术特征摘要】
1.一种用于降解水合联氨镍基催化剂，其特征在于所述催化剂由镍、钕组成，其结构式为，其中x＝0-0.5。2.根据权利要求1中所述的用于降解水合联氨的催化剂，其特征在于催化剂由镍、钕组成，其结构式为Ni(1-x)-(Nd2O3)x，其中x＝0-0.5。3.一种权利要求1中所述的用于降解水合联氨的催化剂简易制备方法，包括以下步骤：(1)溶液配制：在室温常压下，用镍源前驱物和钕源前驱物配置成溶液A；用还原剂配置成溶液B；所述镍源前驱液和钕源前驱物的物质的量之比为1-0.5∶0-0.5；(2)催化剂制备：将溶液A迅速加入到溶液B中，在室温常压的条件下，磁力搅拌5-10分钟，停止搅拌，将溶液转移至离心管中，经离心后倒掉上层清液，加入超纯水超声清洗10分钟，反复离心清洗3-4次，最后得到黑色沉淀，冷冻干燥24h后，得到所要的催化剂...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘莹，康雪婧，于慧云，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：天津;12
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。