用于丙烷治理的中空结构钴氧化物/碳纳米管的制备及其产品和应用制造技术

本发明专利技术公布了一种用于丙烷治理的中空结构钴氧化物/碳纳米管的制备方法及其产品和应用，以十六烷基三甲基溴化铵调控制备具有立方体形貌的Zif‑67，通过在不同气氛焙烧中焙烧Zif‑67去除有机骨架后得到钴氧化物/碳纳米管催化剂，该催化剂在氧化丙烷等烷烃方面表现出优异的催化性能，具有催化效率高和高温耐受性强等特点。

Preparation, Products and Applications of Hollow Cobalt Oxides/Carbon Nanotubes for Propane Treatment

【技术实现步骤摘要】
用于丙烷治理的中空结构钴氧化物/碳纳米管的制备及其产品和应用
本专利技术涉及一种用于丙烷治理的中空结构钴氧化物/碳纳米管的制备方法及其产品和应用，属于材料制备领域。
技术介绍
由于环境监管已对汽车排放制定了越来越严格的标准，消除碳氢化合物（HCs）排放一直是最紧迫和最引人注目的问题之一。高达80％的HCs排放产生在冷启动期间，而传统的三效催化转化器无法在低于300℃的温度下氧化HCs，因此探索一种低温氧化催化剂迫在眉睫。在汽车尾气排放的各种HCs中，丙烷由于其结构稳定和含量最高，通常作为代表性气体进行研究。在各种催化剂材料之中，Co3O4是目前可用于丙烷氧化的高活性材料。高比表面积的氧化钴通常是理想的催化剂，其较弱的Co-O键强度和高的缺陷浓度使其更易于还原。负载于碳基材料上的Co3O4纳米结构不仅可以获得更高的比表面积，还可以防止纳米Co3O4的团聚。金属有机骨架（MOFs）或沸石咪唑酯骨架（ZIFs）作为牺牲模板可以很容易地转化为由碳和金属氧化物组成的复合材料。通过调节焙烧气氛和温度，可以基于ZIFs材料设计合成独特的中空纳米结构金属氧化物/碳复合材料，在环境催化领域有极大的应用潜力。据此，本专利技术欲提供一种用于丙烷治理的中空结构钴氧化物/碳纳米管的制备方法。据我们所知，没有用此类方法制备用于治理丙烷的催化剂的专利或文献报道。同时，采用本方法提供的催化剂表现出优于目前文献中的报道结果，并具有独特的结构形貌和良好的丙烷低温催化效率。
技术实现思路
针对IR780在使用中稳定性弱，易氧化的问题，本专利技术目的在于提供一种用于丙烷治理的中空结构钴氧化物/碳纳米管的制备方法。本专利技术的再一目的在于：提供一种上述方法制备的用于丙烷治理的中空结构钴氧化物/碳纳米管产品。本专利技术的又一目的在于：提供一种上述产品的应用。本专利技术目的通过下述方案实现：一种用于丙烷治理的中空结构钴氧化物/碳纳米管的制备方法，以十六烷基三甲基溴化铵调控制备具有立方体形貌的Zif-67，通过在不同气氛焙烧中焙烧Zif-67去除有机骨架后得到钴氧化物/碳纳米管催化剂产物，包括以下步骤：第一步，将硝酸钴和十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）溶于水溶液，其中CTAB的浓度为0.5g/L；第二步，将2-甲基咪唑溶于水溶液，与第一步中的溶液相混合，搅拌30分钟。搅拌结束后，静置溶液使其老化，其中，六水合硝酸钴与2-甲基咪唑的质量比为1:15；第三步，老化24h后，通过离心收集沉淀，并用乙醇洗数次，其中离心转速为8000r/min；第四步，将沉淀物置于鼓风干燥箱中干燥，控制干燥箱浓度为80℃，至完全干燥；第五步，取一定量置于管式炉中通入氢氩混合气（5%H2-Ar）氛围中焙烧2h，焙烧温度为800℃。最后将焙烧后的产物置于马弗炉中焙烧2h，焙烧温度为300℃-600℃，得到用于丙烷治理的中空结构钴氧化物/碳纳米管。本专利技术提供一种用于丙烷治理的中空结构钴氧化物/碳纳米管，根据上述所述方法制备得到。本专利技术提供一种中空结构钴氧化物/碳纳米管用于丙烷治理的应用。为保证获得碳纳米管负载氧化钴，必须严格控制焙烧气氛和温度。本专利技术的目的是提供一种制备中空结构钴氧化物/碳纳米管的制备方法。具体为先以十六烷基三甲基溴化铵调控制备具有立方体形貌的Zif-67，通过在不同气氛焙烧中焙烧Zif-67去除有机骨架后得到钴氧化物/碳纳米管催化剂产物。所制备的催化剂在对丙烷的治理中表现出优异的催化性能。附图说明图1是以CTAB为模板剂制备的Zif-67的SEM图像；图2是Co3O4-CNTs的SEM图像；图3是Co3O4-CNTs的TEM图像；图4是应用例得到的活性结果。具体实施方式下面对本专利技术的实施例作详细说明：本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。实施例1一种用于丙烷治理的中空结构钴氧化物/碳纳米管，以十六烷基三甲基溴化铵调控制备具有立方体形貌的Zif-67，通过在不同气氛焙烧中焙烧Zif-67去除有机骨架后得到钴氧化物/碳纳米管催化剂产物，按以下步骤制备：第一步，称取0.58g六水合硝酸钴和0.01gCTAB溶于20ml去离子水，搅拌至溶液澄清透明第二步，称取9.08g2-甲基咪唑溶于140ml去离子水，然后，与第一步中的溶液相混合，并搅拌30min，搅拌停止后；第三步，将溶液静置老化24h通过离心收集沉淀，并用乙醇洗2次，其中离心转速为8000r/min。第四步，将沉淀物置于鼓风干燥箱中干燥，控制干燥箱浓度为80℃，至完全干燥，图1是以CTAB为模板剂制备的Zif-67的SEM图像；第五步，取一定量置于管式炉中通入氢氩混合气（5%H2-Ar）氛围中焙烧2h，焙烧温度为800℃，最后，将焙烧后的产物置于马弗炉中焙烧2h，焙烧温度为300℃，得到用于丙烷治理的中空结构钴氧化物/碳纳米管。该催化剂记为CC-800H-300A。图2是Co3O4-CNTs的SEM图像和图3是Co3O4-CNTs的TEM图像。实施例2一种用于丙烷治理的中空结构钴氧化物/碳纳米管，按以下步骤制备：第一步，称取0.58g六水合硝酸钴和0.01gCTAB溶于20ml去离子水，搅拌至溶液澄清透明；第二步，称取9.08g2-甲基咪唑溶于140ml去离子水，然后，将二者溶液相混合并搅拌30min；第三步，搅拌停止后，将溶液静置老化24h，通过离心收集沉淀，并用乙醇洗3次，其中离心转速为8000r/min；第四步，将沉淀物置于鼓风干燥箱中干燥，控制干燥箱浓度为80℃，至完全干燥；第五步，取一定量置于管式炉中通入氢氩混合气（5%H2-Ar）氛围中焙烧2h，焙烧温度为800℃，最后，将焙烧后的产物置于马弗炉中焙烧2h，焙烧温度为600℃，得到用于丙烷治理的中空结构钴氧化物/碳纳米管。该催化剂记为CC-800H-600A。实施例3一种用于丙烷治理的中空结构钴氧化物/碳纳米管，按以下步骤制备：第一步，称取1.21g六水合硝酸钴和0.02gCTAB溶于50ml去离子水，搅拌至溶液澄清透明；第二步，称取18.96g2-甲基咪唑溶于300ml去离子水，然后，与第一步中的溶液相混合，并搅拌30min；第三步，搅拌停止后，将溶液静置老化24h，通过离心收集沉淀，并用乙醇洗2次；第四步，将沉淀物置于鼓风干燥箱中干燥，控制干燥箱浓度为80℃，至完全干燥；第五步，取一定量置于管式炉中通入氢氩混合气（5%H2-Ar）氛围中焙烧2h，焙烧温度为800℃，最后，将焙烧后的产物置于马弗炉中焙烧2h，焙烧温度为300℃，得到用于丙烷治理的中空结构钴氧化物/碳纳米管。实施例4一种用于丙烷治理的中空结构钴氧化物/碳纳米管，按以下步骤制备：第一步，称取1.23g六水合硝酸钴和0.02gCTAB溶于50ml去离子水，搅拌至溶液澄清透明；第二步，称取18.45g2-甲基咪唑溶于300ml去离子水，然后将二者溶液相混合并搅拌30min；第三步，搅拌停止后，将溶液静置老化24h，通过离心收集沉淀，并用乙醇洗3次；第四步，将沉淀物置于鼓风干燥箱中干燥，控制干燥箱浓度为80℃，至完全干燥；第五步，取一定量置于管式炉中通入氢氩混合气（5%H2-Ar）氛围中焙烧2h，焙烧温度为800℃，最后，将焙本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于丙烷治理的中空结构钴氧化物/碳纳米管的制备方法，其特征在于以十六烷基三甲基溴化铵调控制备具有立方体形貌的Zif‑67，通过在不同气氛焙烧中焙烧Zif‑67去除有机骨架后得到钴氧化物/碳纳米管催化剂产物，包括以下步骤：第一步，将硝酸钴和十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）溶于水溶液，其中CTAB的浓度为0.5g/L；第二步，将2‑甲基咪唑溶于水溶液，与第一步中的溶液相混合，搅拌30分钟。搅拌结束后，静置溶液使其老化，其中，六水合硝酸钴与2‑甲基咪唑的质量比为1:15；第三步，老化24h后，通过离心收集沉淀，并用乙醇洗数次；第四步，将沉淀物置于鼓风干燥箱中干燥，控制干燥箱浓度为80℃，至完全干燥；第五步，取一定量置于管式炉中通入氢氩混合气（5%H2‑Ar）氛围中焙烧2h，焙烧温度为800℃，最后，将焙烧后的产物置于马弗炉中焙烧2 h，焙烧温度为300℃‑600℃，得到用于丙烷治理的中空结构钴氧化物/碳纳米管。

【技术特征摘要】
1.一种用于丙烷治理的中空结构钴氧化物/碳纳米管的制备方法，其特征在于以十六烷基三甲基溴化铵调控制备具有立方体形貌的Zif-67，通过在不同气氛焙烧中焙烧Zif-67去除有机骨架后得到钴氧化物/碳纳米管催化剂产物，包括以下步骤：第一步，将硝酸钴和十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）溶于水溶液，其中CTAB的浓度为0.5g/L；第二步，将2-甲基咪唑溶于水溶液，与第一步中的溶液相混合，搅拌30分钟。搅拌结束后，静置溶液使其老化，其中，六水合硝酸钴与2-甲基咪唑的质量比为1:15；第三步，老化24h后，通过离心收集沉淀，并用乙醇洗数次；第四步，将沉淀物置于鼓风干燥箱中干燥，控制干燥箱浓度为80℃，至完全干燥；第五步，取一定量置于管式炉中通入氢氩混合气（5%H2-Ar）氛围中焙烧2h，焙烧温度为800℃，最后，将焙烧后的产物置于马弗炉中焙烧2h，焙烧温度为300℃-600℃，得到用于丙烷治理的中空结构钴氧化物/碳纳米管。2.根据权利要求1所述的用于丙烷治理的中空结构钴氧化物/碳纳米管的制备方法，其特征在于，按以下步骤制备：第一步，称取0.58g六水合硝酸钴和0.01gCTAB溶于20ml去离子水，搅拌至溶液澄清透明第二步，称取9.08g2-甲基咪唑溶于140ml去离子水，然后，与第一步中的溶液相混合，并搅拌30min，搅拌停止后；第三步，将溶液静置老化24h通过离心收集沉淀，并用乙醇洗2次，其中离心转速为8000r/min。第四步，将沉淀物置于鼓风干燥箱中干燥，控制干燥箱浓度为80℃，至完全干燥；第五步，取一定量置于管式炉中通入氢氩混合气（5%H2-Ar）氛围中焙烧2h，焙烧温度为800℃，最后，将焙烧后的产物置于马弗炉中焙烧2h，焙烧温度为300℃，得到用于丙烷治理的中空结构钴氧化物/碳纳米管。3.根据权利要求1所述的用于丙烷治理的中空结构钴氧化物/碳纳米管的制备方法，其特征在于，按以下步骤制备：第一步，称取0.58g六水合硝酸钴和0.01gCTAB溶于20ml去离子水，搅拌至溶液澄清透明；第二步，称取9.08g2-甲基咪唑溶于140ml去离子水，然后，将二者溶液相混合并搅拌30min；第三步，搅拌停止后，将溶液静置老...

【专利技术属性】
技术研发人员：何丹农，袁静，刘喆，蔡婷，赵昆峰，徐荣，金彩虹，
申请(专利权)人：上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31