一种负载Ni活性位点的C-Si气凝胶催化剂的制备方法及其产品和应用技术

本发明专利技术公开了一种负载Ni活性位点的C

【技术实现步骤摘要】
一种负载Ni活性位点的C
‑
Si气凝胶催化剂的制备方法及其产品和应用


[0001]本专利技术涉及催化剂制备
，特别是涉及一种负载Ni活性位点的C
‑
Si气凝胶催化剂的制备方法及其产品和应用。

技术介绍

[0002]挥发性有机物(VOCs)是形成光化学烟雾和雾霾的前体物质，是一类主要的空气污染物。芳香族VOCs是VOCs中最常见的一类，各行业均排放大量苯、甲苯和二甲苯等芳香族VOCs，其毒性和致癌性严重威胁人类身体健康。因此，针对芳香族VOCs的治理刻不容缓。
[0003]目前，VOCs处理方法主要有吸附法、吸收法、冷凝法、催化燃烧法、等离子体法、光催化法、臭氧氧化法等。在众多VOCs的治理技术中，催化氧化技术被视为最有前景的VOCs治理技术。目前还尚未有在C
‑
Si气凝胶负载Ni活性位点的催化剂，通过降低反应活化能，提高反应速率以实现在无外界能量输入的常温条件下催化氧化降解芳香族VOCs的相关报道。
[0004]许多科研机构在炭气凝胶中掺杂金属纳米粒子扩大炭气凝胶材料多功能化应用方面做了许多研究，其目的在于改善炭气凝胶的结构、催化性能、导电性能等。目前，C
‑
Si气凝胶存在密度高、孔径小的缺点，使得在C
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Si气凝胶掺杂金属纳米粒子时，容易发生金属原子团聚现象，从而影响原子利用率。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种负载Ni活性位点的C
‑
Si气凝胶催化剂的制备方法及其产品和应用，以解决上述现有技术存在的问题，使催化反应活化能降低，进而提高反应速率，以实现在无外界能量输入的常温条件下催化氧化降解芳香族VOCs。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]本专利技术提供一种负载Ni活性位点的C
‑
Si气凝胶催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0008](1)将无水乙醇、三甲氧基甲基硅烷、十六烷基三甲基溴化铵溶于去离子水中，用HCl将pH调至3.5
‑
5，进行水解得到水解液，再将水解液的pH调至7
‑
8.5，烘干后得到C
‑
Si气凝胶；
[0009](2)在无水乙醇中，将NiCl2·
6H2O与步骤(1)得到的C
‑
Si气凝胶混合均匀，超声、浸渍，烘干后，再经过煅烧得到所述负载Ni活性位点的C
‑
Si气凝胶催化剂。
[0010]进一步地，在步骤(2)中，所述NiCl2·
6H2O与步骤(1)得到的C
‑
Si气凝胶的混合方法为：将步骤(1)得到的C
‑
Si气凝胶与无水乙醇按照质量体积比为1g:10mL混合，搅拌均匀得到溶液1；将NiCl2·
6H2O与无水乙醇按照质量体积比为(0.01
‑
0.06)g:10mL混合，搅拌均匀得到溶液2；将所述溶液1和溶液2按照体积比为1:1混合均匀。
[0011]进一步地，在步骤(2)中，所述超声时间是25
‑
35min。
[0012]进一步地，在步骤(2)中，所述浸渍的方法为：在65
‑
75℃条件下浸渍3
‑
5h。
[0013]进一步地，在步骤(2)中，所述煅烧是在200
‑
400℃下煅烧1.5
‑
3h，所述煅烧升温过程的升温速率为3℃/min。
[0014]进一步地，在步骤(1)中，所述C
‑
Si气凝胶的具体制备方法为：
[0015](a)将去离子水、无水乙醇、三甲氧基甲基硅烷和十六烷基三甲基溴化铵按照体积质量比为(5
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15)mL：(10
‑
20)mL：(4
‑
6)mL：(0.05
‑
0.15)g进行混合，搅拌均匀后，用HCl将pH调至3.5
‑
5，在40
‑
50℃条件下水解30
‑
60min，形成水解液；
[0016](b)将步骤(a)得到的水解液的pH调至7
‑
8.5，之后在55
‑
65℃条件下静置3.5
‑
4.5h，烘干得到C
‑
Si气凝胶。
[0017]进一步地，在步骤(b)中，所述烘干的方法为：先在75
‑
85℃条件下烘干2
‑
2.5h，然后再95
‑
105℃条件下烘干2
‑
2.5h，最后在115
‑
125℃条件下烘干1
‑
1.5h。
[0018]本专利技术还提供根据上述制备方法制备得到的负载Ni活性位点的C
‑
Si气凝胶催化剂。
[0019]本专利技术还提供上述负载Ni活性位点的C
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Si气凝胶催化剂在常温催化降解芳香族VOCs中的应用。
[0020]本专利技术公开了以下技术效果：
[0021](1)本专利技术以无水乙醇、三甲氧基甲基硅烷、十六烷基三甲基溴化铵为原料制备C
‑
Si气凝胶，在C
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Si气凝胶的烘干过程中采用梯度升温烘干方式，制备出的C
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Si气凝胶多孔且分布均匀，密度低、孔径大，可以在一定程度上避免原子团聚现象，提高金属原子的分散度，大大提高原子利用率。
[0022](2)C
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Si气凝胶比表面积大，对芳香族VOCs有良好的吸附特性，可增加活性位点与芳香族VOCs的接触时间，提高降解率。
[0023](3)本专利技术在C
‑
Si气凝胶的干燥工艺中采用分段升温，可以缓慢加热去除湿凝胶中的液体，主要为水和乙醇。同时，采用分段升温避免了干燥步骤前冗长的溶剂交换和表面改性工艺，湿凝胶液体量较少，干燥时间缩短。
[0024](4)C
‑
Si气凝胶是固体，呈块状，不易吹散，可在工业上大规模使用，方便重复使用。
[0025](5)本专利技术通过构建高效的负载Ni活性位点的C
‑
Si气凝胶催化剂降低反应活化能，提高反应速率以实现在无外界能量输入的常温条件下催化氧化降解芳香族VOCs，使芳香族VOCs可在常温下被降解成CO2和H2O，降低能耗。
具体实施方式
[0026]现详细说明本专利技术的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本专利技术的限制，而应理解为是对本专利技术的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
[0027]应理解本专利技术中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本专利技术。另外，对于本专利技术中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种负载Ni活性位点的C
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Si气凝胶催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将无水乙醇、三甲氧基甲基硅烷、十六烷基三甲基溴化铵溶于去离子水中，用HCl将pH调至3.5
‑
5，进行水解得到水解液，再将水解液的pH调至7
‑
8.5，烘干后得到C
‑
Si气凝胶；(2)在无水乙醇中，将NiCl2·
6H2O与步骤(1)得到的C
‑
Si气凝胶混合均匀，超声、浸渍，烘干后，再经过煅烧得到所述负载Ni活性位点的C
‑
Si气凝胶催化剂。2.根据权利要求1所述的负载Ni活性位点的C
‑
Si气凝胶催化剂的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述NiCl2·
6H2O与步骤(1)得到的C
‑
Si气凝胶的混合方法为：将步骤(1)得到的C
‑
Si气凝胶与无水乙醇按照质量体积比为1g:10mL混合，搅拌均匀得到溶液1；将NiCl2·
6H2O与无水乙醇按照质量体积比为(0.01
‑
0.06)g:10mL混合，搅拌均匀得到溶液2；将所述溶液1和溶液2按照体积比为1:1混合均匀。3.根据权利要求1所述的负载Ni活性位点的C
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Si气凝胶催化剂的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述超声时间是25
‑
35min。4.根据权利要求1所述的负载Ni活性位点的C
‑
Si气凝胶催化剂的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述浸渍的方法为：在65
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75℃条件下浸渍3
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5h。5.根据权利要求1所述的负载Ni活性位点的C
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Si气凝胶催化剂的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述煅烧是在200...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁辉，赵丹，刘蕊，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：