壳聚糖修饰活性焦原位负载纳米金催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种壳聚糖修饰活性焦原位负载纳米金催化剂及其制备方法，该壳聚糖修饰活性焦原位负载纳米金催化剂包括活性焦、壳聚糖和纳米金颗粒，活性焦表面修饰壳聚糖形成壳聚糖/活性焦复合物，壳聚糖/活性焦复合物上负载有纳米金颗粒。其制备方法包括制备壳聚糖/活性焦复合物以及将纳米金负载在壳聚糖/活性焦复合物上。本发明专利技术催化剂具有纳米金颗粒分散性好、机械强度高、催化活性好、稳定性好等优点，是一种新型的负载型纳米金催化剂，有着很高的应用价值和较广的应用范围，其制备方法具有制备过程简单、易操作、原料廉价、生产周期短、生产成本低、绿色环保等优点，能在常温下实现大规模制备，适合于工业化生产。

In-situ supported nano-gold catalyst for chitosan-modified activated char and its preparation method

The invention discloses a chitosan modified active focus in-situ supported nano-gold catalyst and a preparation method thereof. The chitosan modified active focus in-situ supported nano-gold catalyst comprises active focus, chitosan and nano-gold particles. The active focus surface modified chitosan forms a chitosan/active focus composite, and the chitosan/active focus composite is loaded with nano-gold particles. The preparation method includes the preparation of chitosan/active focal compound and the loading of gold nanoparticles on the chitosan/active focal compound. The catalyst has the advantages of good dispersion, high mechanical strength, good catalytic activity and good stability. It is a new supported nano-gold catalyst with high application value and wide application range. The preparation method of the catalyst has the advantages of simple preparation process, easy operation, low raw material cost, short production cycle, low production cost and environmental protection. Large-scale preparation at room temperature is suitable for industrial production.

【技术实现步骤摘要】
壳聚糖修饰活性焦原位负载纳米金催化剂及其制备方法
本专利技术属于纳米金属催化剂制备
，涉及到一种壳聚糖修饰活性焦原位负载纳米金催化剂及其制备方法。技术背景在现有纳米金催化剂中，由于纳米金粒径小、表面活化能高，极易团聚，从而使得反应活性显著降低。基于上述问题，研究者尝试将纳米金颗粒负载在载体上来提高催化剂的活性和稳定性，其中碳材料如碳纳米管、碳纳米纤维、石墨烯（氧化石墨烯）、介孔碳等常被作为纳米金的载体材料，但是这些载体材料存在成本高、机械强度低、孔隙结构欠发达等问题，且这些碳材料的获取途径较为复杂，难以获取得到，同时由于这些碳材料的化学惰性，与纳米金的相互作用力较弱，使得其负载纳米金具有一定挑战性，如纳米金容易流失，催化剂活性下降明显，循环稳定性不高等，因此能否进一步增强纳米金与碳载体之间的结合力是目前负载型纳米金催化剂所关注的问题之一。另外，现有负载型纳米金催化剂的制备方法包括浸渍法、沉积-沉淀法、共沉淀法、化学气相沉积法等，这些方法存在以下缺点：纳米金负载不完全、制备过程重复性差、极易受溶剂化效应和金属组分的团簇效应影响，从而导致纳米金分散性差、催化剂结构不稳定（稳定性差）、贵金属用量过高，且制备过程中需要加入硼氢化钠、联氨等化学试剂，而这些化学试剂会对环境造成二次污染，不符合绿色化学的主题。此外，现有沉积-沉淀法、浸渍法等方法难以实现纳米金高分散负载在碳载体材料上。因此，获得一种纳米金颗粒分散性好、机械强度高、稳定性好、催化活性好的负载型纳米金催化剂，对于扩大负载型纳米金催化剂的应用领域具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种纳米金颗粒分散性好、机械强度高、催化活性好、稳定性好的壳聚糖修饰活性焦原位负载纳米金催化剂，还提供一种工艺简单、原料廉价、生产成本低的壳聚糖修饰活性焦原位负载纳米金催化剂。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种壳聚糖修饰活性焦原位负载纳米金催化剂，所述壳聚糖修饰活性焦原位负载纳米金催化剂包括活性焦、壳聚糖和纳米金颗粒；所述活性焦表面修饰壳聚糖形成壳聚糖/活性焦复合物；所述壳聚糖/活性焦复合物上负载有纳米金颗粒。上述的壳聚糖修饰活性焦原位负载纳米金催化剂，进一步改进的，所述壳聚糖修饰活性焦原位负载纳米金催化剂中纳米金颗粒的质量百分比为0.84wt%～13.40wt%；所述壳聚糖与活性焦的质量比为0.1～0.6。上述的壳聚糖修饰活性焦原位负载纳米金催化剂，进一步改进的，所述纳米金颗粒的平均粒径为5.27±2.02nm～30.61±13.58nm。作为一个总的专利技术构思，本专利技术还提供了一种上述的壳聚糖修饰活性焦原位负载纳米金催化剂的制备方法，包括以下步骤：S1、将壳聚糖悬浮液和活性焦悬浮液混合，超声，搅拌，离心，洗涤，烘干，得到壳聚糖/活性焦复合物；S2、将步骤S1中得到的壳聚糖/活性焦复合物制成壳聚糖/活性焦复合物悬浮液，逐滴加入氯金酸溶液，超声，搅拌，离心，洗涤，烘干，得到壳聚糖修饰活性焦原位负载纳米金催化剂。上述的制备方法，进一步改进的，所述步骤S1中，所述壳聚糖悬浮液和活性焦悬浮液的体积比为1∶5～2∶5；所述壳聚糖悬浮液是由壳聚糖超声分散于乙酸溶液中制得；所述壳聚糖与乙酸溶液的比例为0.2g～0.6g∶20mL；所述乙酸溶液的质量浓度为0.1%～1%；所述壳聚糖悬浮液的制备过程中超声分散的时间为10min～30min；所述活性焦悬浮液是由活性焦超声分散于水中制得；所述活性焦与水的比例为0.5g～1.5g∶50mL；所述活性焦悬浮液的制备过程中超声分散的时间为10min～30min。上述的制备方法，进一步改进的，所述活性焦在使用之前还包括如下预处理：将活性焦进行清洗，干燥，球磨，过筛；所述清洗采用的是超纯水；所述球磨在转速为50r/h～200r/h下进行；所述球磨的时间为1h～2h；所述过筛为过200目筛。上述的制备方法，进一步改进的，所述步骤S1中，所述超声的时间为10min～30min；所述搅拌的时间为12h～24h；所述烘干为在温度为20℃～50℃下真空干燥12h～24h。上述的制备方法，进一步改进的，所述步骤S2中，所述壳聚糖/活性焦复合物悬浮液由壳聚糖/活性焦复合物超声分散于水中制得；所述壳聚糖/活性焦复合物与水的比例为0.1g～0.5g∶60mL；所述壳聚糖/活性焦复合物悬浮液的制备过程中超声分散的时间为10min～30min。上述的制备方法，进一步改进的，所述步骤S2中，所述壳聚糖/活性焦复合物悬浮液与氯金酸溶液的体积比为60∶0.35～5.6；所述氯金酸溶液的浓度为24.3mmol/L。上述的制备方法，进一步改进的，所述步骤S2中，所述超声的时间为10min～30min；所述搅拌的时间为12h～24h；所述烘干为在温度为20℃～50℃下真空干燥12h～24h。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：（1）本专利技术提供了一种壳聚糖修饰活性焦原位负载纳米金催化剂，包括活性焦、壳聚糖和纳米金颗粒，其中壳聚糖修饰在活性焦表面形成壳聚糖/活性焦复合物，壳聚糖/活性焦复合物上负载有纳米金颗粒。本专利技术中，活性焦具有成本低、化学性质稳定、机械强度高、比表面积大、空隙结构发达等特点，因而将壳聚糖修饰在活性焦表面形成的壳聚糖/活性焦复合物具有比表面积大、机械强度高等优点，且由于壳聚糖具有较好的附着力，使得壳聚糖能够牢固地附着在活性焦表面，能够大大地提高壳聚糖的机械稳定性，有利于后续纳米金的稳定负载。在此基础上，由于壳聚糖表面拥有丰富的羟基（-OH）和氨基（-NH2），将纳米金颗粒负载在壳聚糖/活性焦复合物上时通过利用纳米金与壳聚糖表面这些亲水基团（羟基和氨基）的相互作用，使纳米金均匀的分布并固定壳聚糖上，在提高纳米金分散性的同时实现对纳米金的有效保护，从而使得纳米金颗粒粒径更小且均匀分散在壳聚糖/活性焦复合物表面。与此同时，壳聚糖具有一定的粘度和表面正电性，使得纳米金颗粒与壳聚糖之间存在静电作用，因而具有较大的立体位阻效应的壳聚糖能够阻止纳米金颗粒的团聚，有利于提高纳米金颗粒，并保持较好的催化活性。基于壳聚糖具有的上述特点，使得纳米金功能化并保持着较高的机械强度、较好的催化活性和稳定性。本专利技术中，壳聚糖具有优良的生物相容性和降解性，因而所得负载型纳米金催化剂对环境的毒害性较低。此外，活性焦具有介孔和大孔结构，不易被纳米金颗粒堵塞，且活性焦丰富的孔道结构有利于降低内部扩散对吸附和催化过程的影响，还可以通过π-π堆叠作用加强了催化剂界面与有机物的相互作用，可以提高催化效率。由此可见，本专利技术壳聚糖修饰活性焦原位负载纳米金催化剂具有纳米金颗粒分散性好、机械强度高、催化活性好、稳定性好等优点，是一种新型的负载型纳米金催化剂，有着很高的应用价值和较广的应用范围。同时，相比于其他碳负载型纳米金催化剂，本专利技术壳聚糖修饰活性焦原位负载纳米金催化剂的催化效率较高、循环稳定性得到显著提升。（2）本专利技术壳聚糖修饰活性焦原位负载纳米金催化剂中，将壳聚糖与活性焦的质量比优化为0.1～0.6，能够显著提高纳米金的负载稳定性，使纳米金的催化性能更易于表现出来，且能够提高催化剂的传质性能，使污染物在催化剂中的传质过程更加顺畅，并最终获得更高的催化效率本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种壳聚糖修饰活性焦原位负载纳米金催化剂，其特征在于，所述壳聚糖修饰活性焦原位负载纳米金催化剂包括活性焦、壳聚糖和纳米金颗粒；所述活性焦表面修饰壳聚糖形成壳聚糖/活性焦复合物；所述壳聚糖/活性焦复合物上负载有纳米金颗粒。

【技术特征摘要】
1.一种壳聚糖修饰活性焦原位负载纳米金催化剂，其特征在于，所述壳聚糖修饰活性焦原位负载纳米金催化剂包括活性焦、壳聚糖和纳米金颗粒；所述活性焦表面修饰壳聚糖形成壳聚糖/活性焦复合物；所述壳聚糖/活性焦复合物上负载有纳米金颗粒。2.根据权利要求1所述的壳聚糖修饰活性焦原位负载纳米金催化剂，其特征在于，所述壳聚糖修饰活性焦原位负载纳米金催化剂中纳米金颗粒的质量百分比为0.84wt%～13.40wt%；所述壳聚糖与活性焦的质量比为0.1～0.6。3.根据权利要求1或2所述的壳聚糖修饰活性焦原位负载纳米金催化剂，其特征在于，所述纳米金颗粒的平均粒径为5.27±2.02nm～30.61±13.58nm。4.一种如权利要求1～3中任一项所述的壳聚糖修饰活性焦原位负载纳米金催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将壳聚糖悬浮液和活性焦悬浮液混合，超声，搅拌，离心，洗涤，烘干，得到壳聚糖/活性焦复合物；S2、将步骤S1中得到的壳聚糖/活性焦复合物制成壳聚糖/活性焦复合物悬浮液，逐滴加入氯金酸溶液，超声，搅拌，离心，洗涤，烘干，得到壳聚糖修饰活性焦原位负载纳米金催化剂。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述壳聚糖悬浮液和活性焦悬浮液的体积比为1∶5～2∶5；所述壳聚糖悬浮液是由壳聚糖超声分散于乙酸溶液中制得；所述壳聚糖与乙酸溶液的比例为0.2g～0.6g∶20mL；所述乙酸溶液的质量浓度为0.1%～1%；所述壳聚糖悬浮液的制备过程中超声分散的时间为10min～30min...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾光明，符玉葵，赖萃，秦蕾，何江凡，易欢，李敏芳，李玲，黄芳龙，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43