一种过渡金属M-Au/TiO2复合光催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于生物质能源化工技术领域，具体涉及一种过渡金属M

【技术实现步骤摘要】
一种过渡金属M
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Au/TiO2复合光催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于生物质能源化工
，具体涉及一种过渡金属M
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Au/TiO2复合光催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]生物质作为化石资源的一种可能的替代品，在绿色可持续生产化学品和燃料方面正受到越来越多的关注。5
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羟甲基糠醛(HMF)作为一种关键的生物质平台化合物，可以通过氧化、氢化、聚合以及开环反应，转化为各种高附加值化学品。其中，它的氧化产物2,5
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呋喃二甲酸(FDCA)，作为石油衍生物对苯二甲酸(TPA)的潜在替代品，备受人们重视。FDCA作为生物基平台化合物，与TPA具有相同的官能团(
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COOH)以及相应的芳香性与反应活性。除此之外，其衍生物PEF具有无毒、可再生和可降解等优点，熔点、杨氏模量以及抗拉强度等性能与PET相当，在阻隔CO2、O2和H2O方面优于PET。
[0003]在FDCA众多的合成技术中，负载型的光催化剂表现出较优的催化性能。目前，研究较多的光催化剂多使用半导体材料作为前驱体。其中，TiO2因具有反应条件温和以及化学稳定性高的特性，被广泛应用在光催化降解技术中，尤其是当水中有机物难以通过生化方法去除时，光催化降解技术显现出明显的优势。但是，TiO2也有自身的局限性，禁带宽度只有3.2eV，只能被400nm或者波长更短的紫外光激发。
[0004]有的研究人员通过在TiO2表面沉积适当的贵金属，使TiO2表面含有较多的活性位点，从而提高TiO2的光催化性能。虽然通过沉积单一组分Au或Pt等贵金属，光催化剂的活性已有较大的提升，但是仍然不能完全满足FDCA的合成效率要求。因此，如何进一步提高光催化剂的催化活性以提高FDCA的合成效率，需要本领域技术人员进一步探索。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种过渡金属M
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Au/TiO2复合光催化剂及其制备方法和应用，本专利技术提供的过渡金属M
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Au/TiO2复合光催化剂催化活性极高。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]本专利技术提供了一种过渡金属M
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Au/TiO2复合光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0008](1)将尿素、氯金酸、纳米TiO2和水混合进行还原反应，得到Au/TiO2；
[0009](2)将所述Au/TiO2和过渡金属酞菁混合进行球磨后固液分离，得到过渡金属酞菁
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Au/TiO2；所述过渡金属酞菁为酞菁镍、酞菁铁或酞菁钴；
[0010](3)将所述过渡金属酞菁
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Au/TiO2研磨后煅烧，得到过渡金属M
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Au/TiO2；所述过渡金属M为镍、铁或钴。
[0011]优选的，所述尿素和氯金酸的质量比为20～30:0.03～0.17；
[0012]所述尿素和纳米TiO2的质量比为20～30:0.5～2；
[0013]所述尿素和水的质量比为20～30:100；
[0014]所述Au/TiO2和过渡金属酞菁的质量比为1:1～10。
[0015]优选的，所述煅烧的温度为250～550℃，保温时间为3～10h，升温至所述煅烧的温度的速率为2～10℃/min。
[0016]优选的，所述还原反应的温度为60～120℃，保温时间为2～8h，所述还原反应在搅拌条件下进行。
[0017]优选的，所述纳米TiO2的粒径为50～800nm，所述纳米TiO2的晶型为锐钛型或金红石型。
[0018]优选的，所述研磨的粒径为50～800nm。
[0019]优选的，所述球磨的转速为200～500rpm，时间为0.5～3h。
[0020]本专利技术还提供了上述方案所述制备方法得到的过渡金属M
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Au/TiO2复合光催化剂，包括纳米TiO2载体和负载在所述纳米TiO2载体上的过渡金属M和Au；
[0021]所述纳米TiO2载体和过渡金属M的质量比为1～10:0.8～1；
[0022]所述纳米TiO2载体和Au的质量比为0.5～2:0.03～0.17。
[0023]本专利技术还提供了上述方案所述过渡金属M
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Au/TiO2复合光催化剂在制备2,5
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呋喃二甲酸中的应用。
[0024]优选的，所述应用包括以下步骤：
[0025]在氙灯或太阳光照射下，将5
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羟甲基糠醛、过渡金属M
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Au/TiO2复合光催化剂、氧化剂和水混合后常温下进行催化氧化反应，得到2,5
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呋喃二甲酸。
[0026]本专利技术提供了一种过渡金属M
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Au/TiO2复合光催化剂的制备方法。本专利技术首先通过尿素沉积法在纳米TiO2上负载金纳米颗粒(Au)，制备得到Au/TiO2，可以实现Au的快速沉积与高负载；然后通过球磨法将过渡金属酞菁(MPc)与Au/TiO2进行复合，引入第二金属，效率高；最后将得到的MPc
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Au/TiO2煅烧，得到复合光催化剂过渡金属M
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Au/TiO2。本专利技术鉴于不同金属活性中心的催化氧化特点不同，为充分发挥各金属中心的催化优势，采用第二金属掺杂的方式，通过双金属的协调搭配，制备的复合催化剂能够实现从5
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羟甲基糠醛到2,5
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呋喃二甲酸高效转化。本专利技术提供的制备方法步骤简单，绿色环保，易规模化。
[0027]本专利技术还提供了上述方案所述制备方法得到的过渡金属M
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Au/TiO2复合光催化剂。本专利技术提供的过渡金属M
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Au/TiO2复合光催化剂，通过双金属的协调搭配和精准调控(限定纳米TiO2载体、过渡金属M和Au三者之间的质量比)，促进了反应物或中间体的活化，并进一步提高了FDCA的选择性，可以用于催化氧化5
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羟甲基糠醛制备2,5
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呋喃二甲酸，具有高活性和高选择性，5
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羟甲基糠醛的转化率可达100％，2,5
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呋喃二甲酸的选择性可达97％。
[0028]本专利技术还提供了上述方案所述过渡金属M
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Au/TiO2复合光催化剂在制备2,5
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呋喃二甲酸中的应用。本专利技术的过渡金属M
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Au/TiO2复合光催化剂用于制备2,5
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呋喃二甲酸，2,5
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呋喃二甲酸的产率最高可达99％。
[0029]进一步的，本专利技术提供的过渡金属M
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Au/TiO2复合光催化剂能够通过利用氙灯或太阳光实现有效氧化5
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羟甲基糠醛，制备得到2,5
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呋喃二甲酸，避本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种过渡金属M
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Au/TiO2复合光催化剂的制备方法，包括以下步骤：(1)将尿素、氯金酸、纳米TiO2和水混合进行还原反应，得到Au/TiO2；(2)将所述Au/TiO2和过渡金属酞菁混合进行球磨后固液分离，得到过渡金属酞菁
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Au/TiO2；所述过渡金属酞菁为酞菁镍、酞菁铁或酞菁钴；(3)将所述过渡金属酞菁
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Au/TiO2研磨后煅烧，得到过渡金属M
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Au/TiO2；所述过渡金属M为镍、铁或钴。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述尿素和氯金酸的质量比为20～30:0.03～0.17；所述尿素和纳米TiO2的质量比为20～30:0.5～2；所述尿素和水的质量比为20～30:100；所述Au/TiO2和过渡金属酞菁的质量比为1:1～10。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述煅烧的温度为250～550℃，保温时间为3～10h，升温至所述煅烧的温度的速率为2～10℃/min。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述还原反应的温度为60～120℃，保温时间为2～8h，所述还原反应在搅拌条件下进行。5.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐铁凤，李柳青，吕汪洋，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：