一种负载型纳米三氧化二镍催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术涉及催化剂领域，尤其涉及一种负载型纳米三氧化二镍催化剂及其制备方法。该制备方法包括以下步骤：将多孔载体置于含有Ni

【技术实现步骤摘要】
一种负载型纳米三氧化二镍催化剂及其制备方法


[0001]本专利技术涉及催化剂领域，尤其涉及一种负载型纳米三氧化二镍催化剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]三氧化二镍能够催化降解水溶液中的次氯酸钠，反应式如下：Ni2O3+NaClO
→
2NiO2+NaCl，2NiO2+NaClO
→
Ni2O3+NaCl+2[O]。通过这种方式，一方面，能够防止次氯酸钠光分解产生HCl气体而危害环境，因而能用于含次氯酸根的废水无害化处理，在造纸、电镀等行业应用需求很大；另一方面，能够提高次氯酸钠氧化性能的利用率，Ni2O3催化次氯酸根分解产生的氧自由基以及反应过程中生成的二氧化镍具有很强的氧化性，能作为氧化剂用于氧化反应，应用于废水处理中，可降解COD。
[0003]但是，普通的Ni2O3为粉末状，较难使用。将其与载体混合造粒，虽然能实现固载，但会造成Ni2O3的催化性能大幅降低，无法达到工业使用的需求。如果采用纳米化的Ni2O3进行负载，催化剂的比表面积提升后可以大幅提升其催化性能，满足达到工业要求。
[0004]专利CN104183392A介绍了一种孔道氧化镍/碳符合纳米材料的制备方法，该方法以非离子表面活性剂活性剂为模板剂、以无机镍盐为镍源，通过蒸发诱导自组装的方法制备出一种具有大比表面积和孔体积以及大孔径的孔道氧化镍/碳复合纳米材料，但是该方法制备的氧化镍为二价镍，无法实现三价镍的负载。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中难以在确保催化性能的同时实现三氧化二镍固载的技术问题，本专利技术提供了一种负载型纳米三氧化二镍催化剂及其制备方法。采用本专利技术的制备方法，能实现三氧化二镍的固载，且具有较好的催化性能。
[0006]本专利技术的具体技术方案为：第一方面，本专利技术提供了一种负载型纳米三氧化二镍催化剂的制备方法，包括以下步骤：(1)将多孔载体置于含有Ni
2+
的溶液中，充分浸渍后取出，获得负载有Ni
2+
的催化剂前驱体；(2)将负载有Ni
2+
的催化剂前驱体置于含次氯酸根的碱性溶液中，进行Ni
2+
的氧化反应，获得负载有NiOOH的催化剂前驱体；(3)将负载有NiOOH的催化剂前驱体置于含次氯酸根的溶液中，进行NiOOH的脱水反应，获得负载型纳米三氧化二镍催化剂。
[0007]本专利技术采用浸渍原位氧化法，先将Ni
2+
结合到多孔载体中，而后利用次氯酸根和氢氧根离子，将Ni
2+
氧化成NiOOH，而后NiOOH在次氯酸根的作用下再进一步脱水，生成Ni2O3。反应机理如下：2Ni
2+
+ClO
‑
+4OH
‑
→
2NiOOH+Cl
‑
+H2O
ꢀꢀꢀꢀ
(1)
4NiOOH
→
2Ni2O3+2H2O
ꢀꢀꢀꢀ
(2)通过上述过程，能够实现纳米级三氧化二镍在多孔载体上的固载，具有较好的催化性能。
[0008]作为优选，步骤(1)中，所述含有Ni
2+
的溶液中，Ni
2+
的含量为0.1～1.0mol/L。
[0009]作为优选，步骤(1)中，所述多孔载体包括活性炭、沸石、多孔陶瓷、分子筛和分级结构多孔载体中的一种或多种。
[0010]作为优选，所述分级结构多孔载体的制备方法包括以下步骤：(A)将硅源、铝源、无机碱、模板剂、水溶性淀粉和水混合，制得核层合成液；而后进行晶化，收集固体产物，获得核层前驱体；(B)将硅源、铝源、无机碱、模板剂、N
‑
甲基吡咯烷酮和水混合，制得壳层合成液；而后将核层前驱体投入壳层合成液中，进行晶化，收集固体产物，获得核壳结构前驱体；(C)将核壳结构前驱体在210～240℃下焙烧0.5～1h后，升温至380～420℃并保持20～40min，而后升温至540～560℃并保持3～4h，获得核壳结构粉体；(D)将核壳结构粉体进行造粒成型，制成分级结构多孔载体。
[0011]在上述过程中，通过在核壳中采用不同的致孔剂，并配合三个阶段焙烧工艺，能够获得具有特殊孔道分布的多孔载体，具体而言：在通过步骤(A)和(B)制得的核壳结构前驱体中，核层以水溶性淀粉为致孔剂，壳层以N
‑
甲基吡咯烷酮为致孔剂。步骤(C)将焙烧分为三个阶段，其中，第一阶段采用210～240℃的焙烧温度，使壳层中的N
‑
甲基吡咯烷酮转变成气态向外扩散，在壳层中形成孔道；第二阶段升温至380～420℃并保持一定时间，该过程中核层中的水溶性淀粉逐步分解产生水和二氧化碳气体，在核层中形成孔道结构，同时，水和二氧化碳向外释放的过程中，能够使壳层中原有的孔道进一步扩大，并在核层孔道和壳层孔道之间形成连通结构。通过上述过程制得的核壳结构粉体中，壳层的孔径大于核层，且核层的小孔道与壳层的大孔道之间相互连通。
[0012]将上述分级结构多孔载体制成负载型纳米三氧化二镍催化剂后，当用于催化次氯酸钠降解时，在每个核壳结构粉体中，壳层中较大的孔径有利于次氯酸钠进入，对次氯酸钠产生富集效果，进而促使次氯酸钠进入与壳层孔道相连通且孔径较小的核层孔道中，而核层中尺寸较小的孔道则能够减缓次氯酸钠脱附，使其充分反应释放出氧自由基。因此，采用这种具有特殊孔道分布的多孔载体，能够提高负载型纳米三氧化二镍催化剂的催化性能。
[0013]进一步地，步骤(C)中，所述升温至380～420℃的速率为4～7℃/min。
[0014]在第二阶段焙烧时，将升温速率控制在4～7℃/min，能够使水溶性淀粉以合适的速度逐步分解。若升温速率过快，则水溶性淀粉分解释放气体的速度过快，会造成核层中的孔道尺寸过大，同时还易造成壳层中的多孔结构坍塌，导致“壳层的孔径大于核层”的结构难以形成，因而无法有效提高负载型纳米三氧化二镍催化剂的催化性能；若升温速度过慢，则水溶性淀粉分解释放气体的速度过慢，难以有效扩大壳层中的孔道，同样会导致“壳层的孔径大于核层”的结构难以形成。
[0015]进一步地，步骤(A)的具体过程包括以下步骤：将氢氧化钠和偏铝酸钠加入四丙基氢氧化铵水溶液中，向其中加入水溶性淀粉，搅拌溶解后，再加入白炭黑，搅拌均匀后，制得核层合成液；对核层合成液进行晶化后，过滤，干燥，获得核层前驱体。
[0016]进一步地，步骤(B)的具体过程包括以下步骤：将氢氧化钠和偏铝酸钠加入四丙基
氢氧化铵水溶液中，向其中加入N
‑
甲基吡咯烷酮，搅拌溶解后，再加入白炭黑，搅拌均匀后，制得核层合成液；将核层前驱体投入壳层合成液中，进行晶化后，过滤，干燥，获得核层前驱体。
[0017]进一步地，步骤(A)中，所述水溶性淀粉质量与硅源、铝源和无机碱总质量之比为0.8～1.3：1；步骤(B)中，所述N
‑
甲基吡咯烷酮质量与硅源、铝源和无机碱总质量之比本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种负载型纳米三氧化二镍催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将多孔载体置于含有Ni
2+
的溶液中，充分浸渍后取出，获得负载有Ni
2+
的催化剂前驱体；（2）将负载有Ni
2+
的催化剂前驱体置于含次氯酸根的碱性溶液中，进行Ni
2+
的氧化反应，获得负载有NiOOH的催化剂前驱体；（3）将负载有NiOOH的催化剂前驱体置于含次氯酸根的溶液中，进行NiOOH的脱水反应，获得负载型纳米三氧化二镍催化剂。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述含有Ni
2+
的溶液中，Ni
2+
的含量为0.1~1.0mol/L。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述多孔载体包括活性炭、沸石、多孔陶瓷、分子筛和分级结构多孔载体中的一种或多种。4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述分级结构多孔载体的制备方法包括以下步骤：（A）将硅源、铝源、无机碱、模板剂、水溶性淀粉和水混合，制得核层合成液；而后进行晶化，收集固体产物，获得核层前驱体；（B）将硅源、铝源、无机碱、模板剂、N
‑
甲基吡咯烷酮和水混合，制得壳层合成液；而后...

【专利技术属性】
技术研发人员：张亮，董健，张冰杰，郑赞胜，张达，
申请(专利权)人：宁波九胜创新医药科技有限公司，
类型：发明
国别省市：