一种氧化铈-水滑石复合催化剂、制备方法及应用技术

本发明专利技术属于材料技术领域，涉及一种氧化铈‑水滑石复合催化剂、制备方法及应用。本发明专利技术一种氧化铈‑水滑石复合催化剂是氧化铈纳米粒子分布在水滑石片层上，改变了纯氧化铈纳米粒子团聚的同时也使水滑石片层不易团聚，除了提高氧化铈催化性能外还和水滑石产生协同催化效果，是一种新型高效复合催化剂。氧化铈‑水滑石复合催化剂催化性能优异，有望用于难降解废水处理、废气处理等环保领域，商业化前景可观。与现有技术相比，本发明专利技术采用双原位一步水热合成法，具有生产过程简单、过程容易控制、能耗和生产成本低等的优点，可大规模工业生产。

A ceria hydrotalcite composite catalyst, its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种氧化铈-水滑石复合催化剂、制备方法及应用
本专利技术属于材料
，涉及一种氧化铈-水滑石复合催化剂、制备方法及应用。
技术介绍
水滑石(Hydrotalcite)化合物，又称层状双金属氢氧化物(layereddoublehydroxide，简记为LDH)，是一类具有阴离子插层的层状结构材料。由于它们具有特殊的层状结构，因此其在催化、吸附、分离、离子交换以及废水处理等方面都表现出良好的性能。由于水滑石化合物所具有的层状结构的特殊性、层间阴离子可交换性、层板金属元素的可调控性及本征碱性，近年来作为一种新型催化剂载体受到人们的广泛关注。CeO2是目前一种廉价而用途广泛的稀土氧化物，它的禁带宽度为2.94eV，光吸收阈值约为420nm，可用于催化剂、抛光粉和紫外吸收材料等，其纳米化后出现许多新的性质和用途，在化学工业和环境污染控制方面有着广泛的应用前景。LDHs负载CeO2复合催化剂，具有化学催化和物理催化的协同效应，是一种新型高效复合型催化剂。田志茗等(田志茗,高艳丽.水滑石类化合物-氧化铈催化剂的制备及其光降解甲基橙的性能研究[J].石油化工,2012,41(2):204-209)采用共沉淀法制备了LDHs-CeO2(LDHs为水滑石类化合物)催化剂，并将其用于光催化降解甲基橙溶液，考察了催化剂的原料配比、反应时间、甲基橙初始含量、甲基橙溶液的pH和催化剂用量对甲基橙降解率的影响；同时采用FTIR，XRD，SEM，TEM，EDS，TG等方法对催化剂进行了表征。实验结果表明，n(Mg)∶n(Al)∶n(Ce)＝2∶1∶0.50的LDHs-CeO2催化剂活性最高，用该催化剂光催化降解甲基橙溶液的适宜条件为：250mL甲基橙溶液，甲基橙初始质量浓度40mg/L，pH＝5，反应时间80min(暗处静置20min，光照时间60min)，催化剂用量0.3g；在此条件下，甲基橙降解率达到98.69％。表征结果显示，LDHs-CeO2晶相单一，晶体结构一致，结晶度好，属于六方晶系，形貌为规则的片状结构，分散性较好。谢非等(谢非,李静,晋冠平.二氧化铈/钙铝水滑石/活性炭的制备及环境应用[J].化工进展,2016,35(1):182-188；谢非.功能活性炭复合材料的制备及水处理应用[D].合肥:合肥工业大学,2016,03)采用超声辅助共沉淀法，制备了二氧化铈/钙铝水滑石/活性炭复合材料(CeO2/CaAl-LDHs/AC)。通过场发射扫描电子显微镜、X射线衍射、X射线光电子能谱、傅里叶变换红外光谱和热重分析技术，对CeO2/CaAl-LDHs/AC的形貌、组成和结构进行了表征。结果发现：花样片层状的CeO2/CaAl-LDHs材料均匀地分布在活性炭上。考察了CeO2/CaAl-LDHs/AC对水溶液中铬(Ⅵ)、铅(Ⅱ)、氟和孔雀绿的吸附性能。此类污染物的吸附过程均符合准二阶动力学模型和Langmuir等温模型；在pH＝7、45℃和吸附时间2h条件下，CeO2/CaAl-LDHs/AC可成功用于铬(Ⅵ)、铅(Ⅱ)、氟和孔雀绿的吸附去除，最大吸附量分别为83.06mg/g、131.58mg/g、61.20mg/g和420.17mg/g。李静(李静.碳载体复合材料的制备及水溶液中硫化物的处理研究[D].合肥:合肥工业大学,2015,03)以螯合活性炭为载体，采用尿素水解法制备了二氧化铈-镍铝/层状双金属氢氧化物/螯合活性炭复合物(CeO2-NiAl-LDHs/MFT/AC)。并采用傅立叶红外光谱(FT-IR)、X射线晶体衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)和电化学方法对复合材料的结构及性能进行了表征。结果表明：花瓣状的CeO2-NiAl-LDHs均匀地分散在螯合活性炭表面。考察了CeO2-NiAl-LDHs/MFT/AC对水溶液中硫化物的吸附行为。结果表明：该吸附过程是自发的吸热反应，符合准二阶动力学模型和Langmuir吸附模型。室温下亚硫酸根离子的最大吸附量为483.09mg/g，硫离子的最大吸附量为181.15mg/g。然后，制备了CeO2-NiAl-LDHs/MFT/AC和碳纳米管混合物修饰的充蜡石墨电极(MWCNTs/CeO2-NiAl-LDHs/MFT/AC/WGE)。研究了该电极上对水中硫化物的电化学催化氧化行为。结果表明：该修饰电极能成功地将水中的亚硫酸根和硫离子氧化为硫酸根。以氧化石墨烯为载体，采用尿素水解法制备了二氧化铈-镍铝/层状双金属氢氧化物/氧化石墨烯复合材料(CeO2-NiAl-LDHs/GO)。并通过FT-IR、XRD、FE-SEM和电化学方法对复合材料的结构和性能进行表征。结果表明：层状的CeO2-NiAl-LDHs复合物已形成。采用涂布法制备了CeO2-NiAl-LDHs/GO修饰的充蜡石墨电极，将其用于水中亚硫酸根和硫离的检测子。结果表明：SO32-和S2-的氧化峰电流与浓度分别在1×10-6～13×10-6mol/L和1×10-6～15×10-6mol/L的浓度范围内，呈良好的线性増长关系，检测限分别为7×10-8mol/L和2×10-7mol/L(3σ)。王柄凯(王柄凯.稀土复合水滑石基非均相催化剂的设计合成及性质研究[D].兰州:兰州大学,2019,04)利用自牺牲模板的合成策略构筑了一种新型CeO2@NC/LDH核壳结构催化剂。该催化剂在碱性电解液中表现出了优异的OER催化活性及稳定性。这种高性能主要受益于稀土CeO2的引入，有效调控了催化剂电子态，并形成了更多的缺陷结构。此外，这种表面原位生长的策略也可以防止LDH片层团聚，增加活性位点数量。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种新型高效氧化铈-水滑石复合催化剂，制备工艺简单，以解决现有单一催化剂催化效果差、复合催化剂制备工艺复杂、成本高等问题。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种氧化铈-水滑石复合催化剂的制备方法，包括以下步骤：(1)一定量硝酸铈(Ce(NO3)2·6H2O)配制溶液A，一定量NaOH水溶液配制溶液B，取一定量溶液B，控制B和A溶液中NaOH与NO3-摩尔比为(1.5-3)：1，将溶液B均匀滴加到溶液A中，磁力搅拌，反应得前驱体C；(2)用一定量Me(Ⅱ)(NO3)2·6H2O、Al(NO3)3·9H2O)配制溶液D，Me2+与Al3+摩尔比为(1.5-3):1，取一定量溶液B，控制B和D溶液中NaOH与NO3-摩尔比为(1.5-3)：1，将溶液B均匀滴加到溶液D中，磁力搅拌，反应得前驱体E；(3)将前驱体C和前驱体E按Ce2+和Me2+摩尔比为(0.1-5)混合加入水热反应釜中，一定温度下反应，冷却后水洗至中性，干燥得氧化铈-水滑石复合催化剂。优选地，步骤(1)所述的磁力搅拌温度为60-80℃。优选地，步骤(1)所述的反应时间为0.5-2h。优选地，步骤(2)所述Me为Fe、Mg、Zn、Ni、Co、Mn及Cu中的二价金属元素之一。优选地，步骤(2)所述的磁力搅拌温度为60-80℃。优选地，步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧化铈-水滑石复合催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n（1）一定量硝酸铈(Ce(NO

【技术特征摘要】
1.一种氧化铈-水滑石复合催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）一定量硝酸铈(Ce(NO3)2·6H2O)配制溶液A，一定量NaOH水溶液配制溶液B，取一定量溶液B，控制B和A溶液中NaOH与NO3-摩尔比为（1.5-3）：1，将溶液B均匀滴加到溶液A中，磁力搅拌，反应得前驱体C；
（2）用一定量Me(Ⅱ)(NO3)2·6H2O、Al(NO3)3·9H2O)配制溶液D，Me2+与Al3+摩尔比为（1.5-3）:1，取一定量溶液B，控制B和D溶液中NaOH与NO3-摩尔比为（1.5-3）：1，将溶液B均匀滴加到溶液D中，磁力搅拌，反应得前驱体E；
（3）将前驱体C和前驱体E按Ce2+和Me2+摩尔比为(0.1-5)混合加入水热反应釜中，一定温度下反应，冷却后水洗至中性，干燥得氧化铈-水滑石复合催化剂。


2.根据权利要求1所述的一种氧化铈-水滑石复合催化剂的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的磁力搅拌温度为60-80℃。


3.根据权利要求1所述的一种氧化铈-水滑石复合催化剂的制备方法，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：李宏林，高华敏，蔡昌武，胡梦娟，唐梓涵，
申请(专利权)人：巢湖学院，
类型：发明
国别省市：安徽;34