化学修饰富勒烯C60载体的方法及其在电化学氢化大豆油脂中的应用技术

本发明专利技术公开了一种化学修饰富勒烯C60载体的方法及其在电化学氢化大豆油脂中的应用，所述化学修饰富勒烯C60载体的方法包括如下步骤：称取C60/Pt催化剂置于离心管中，添加异丙醇、分散剂、粘合剂超声处理，得到化学修饰的富勒烯C60/Pt催化剂。本发明专利技术利用SPE氢化反应器对大豆油进行氢化，从化学修饰富勒烯C60载体的角度对油脂氢化工艺进行优化。由于化学方法的修饰引入分散剂修饰富勒烯C60，能够有效避免富勒烯C60自身的团聚和氢化过程中Pt粒子的脱落对氢化反应的不利影响。作为碳基材料，富勒烯C60拥有良好的导电性，能够为催化剂提供较高的电流密度，充分发挥Pt粒子的催化性能，提高油脂氢化效率。提高油脂氢化效率。提高油脂氢化效率。

【技术实现步骤摘要】
化学修饰富勒烯C60载体的方法及其在电化学氢化大豆油脂中的应用


[0001]本专利技术涉及一种Pt基催化剂，具体涉及一种富勒烯C60/Pt催化剂及其在电化学氢化大豆油脂中的应用。

技术介绍

[0002]植物油经过氢化后其熔点和可塑性都有所提高，是食品领域众多产品的原料用油。然而传统的氢化工艺往往是在高温和高压条件下进行的，这种氢化工艺所产生的氢化油中反式脂肪酸(trans fatty acid,TFAs)含量较高。现研究表明TFAs的摄入与诱发阿尔茨海默病、导致心血管疾病和引起糖尿病及肝脏损伤有密切联系。而固体聚合物电解质(Solid Polymer Electrolyte,SPE)电化学氢化反应装置是一种通过外加电场诱导使油脂中的双键发生加成反应的新型氢化工艺，有着生产条件温和、制备过程可控、无需高温高压等优势，且产品中TFAs含量较低。
[0003]SPE反应器的核心部件是由质子交换膜和喷涂有催化剂的碳纸组成的膜电极(membrane electrode assembly,MEA)，是氢化反应进行的主要场所，MEA中所使用的催化剂与反应器的氢化效果密切相关。目前油脂氢化中最常用的商业碳载铂(Pt/C)催化剂是一种Pt基催化剂，采用无定形碳黑作为催化剂载体。但是由于无定形碳的结构不规则，机械强度及负载能力有限，以其为载体负载的催化剂的量有限，且随着反应的进行，无定形碳逐渐被破坏，其上负载的Pt也出现脱落、团聚等现象，氢化效率及催化稳定性不佳。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种化学修饰富勒烯C60载体的方法及其在电化学氢化大豆油脂中的应用，从引入分散剂的角度展开研究，得到了一种催化活性高、稳定性好的富勒烯C60催化剂载体，充分发挥SPE反应器的特点，为新型氢化工艺的改良提供思路，同时为大规模制备低TFAs氢化油提供可能。在氢化油脂广泛应用的食品领域，本专利技术为SPE氢化技术大规模工业生产提供数据积累，奠定基础。
[0005]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0006]一种化学修饰富勒烯C60载体的方法，包括如下步骤：
[0007]称取5～15mgC60/Pt催化剂，置于离心管中，添加5～15mg异丙醇；添加分散剂，超声波处理5～15min后，加入粘合剂，再继续进行40～60min的超声处理，超声结束后，静置12～48h，得到化学修饰的富勒烯C60/Pt催化剂，其中：
[0008]所述C60/Pt催化剂的制备方法如下：
[0009](1)富勒烯的纯化与氧化
[0010]取4～6g粒径为20～400nm的富勒烯样品，与2.0～3.0g NaNO3均匀混合后加入100～150mL浓H2SO4，冰浴搅拌60～120min后缓慢加入10～20g KMnO4，去除冰浴并搅拌30～60min；待反应完全后将获得的浆状物缓慢加入至200～250mL的超纯水中，控制温度为80～
100℃，均匀搅拌0.5～1.5h后用3％H2O2溶液和温水定容至700mL；利用30％(v/v)HCl进行多次洗涤，抽滤后得到浆状物，将其置于60～80℃真空干燥箱内干燥1～3h得到氧化C60；
[0011](2)液相还原法制备C60/Pt催化剂
[0012]取50～55mg氧化处理的C60加入200～250mL超纯水中，并超声处理30～90min以获得催化剂载体悬浊液；然后边搅拌边加入5～15mL 0.01～0.05mol/LH2PtCl6溶液，并用0.5～1.5mol/LNaOH调节pH至11～12；量取1～3g NaBH4加到液相中，并在室温下搅拌25～30h，反应完成后，用超纯水洗涤，直到pH值为中性，进行抽滤，得到的浆状物在60～80℃真空干燥箱中干燥1～3h，得到富勒烯C60负载Pt的催化剂，C60/Pt催化剂中Pt含量10～90％；
[0013]所述分散剂的加入量为C60/Pt催化剂质量的0.05～1％，粘合剂的加入量为C60/Pt催化剂质量的5～40％；
[0014]所述分散剂为吐温(吐温20、吐温40、吐温60、吐温80)或聚乙二醇(分子量为1000～8000；
[0015]所述粘合剂为聚四氟乙烯乳液和Nafion溶液的混合物，聚四氟乙烯和Nafion溶液的质量比为1：1，聚四氟乙烯乳液的质量浓度为5～40％，Nafion溶液的质量浓度为5～40％。
[0016]上述方法制备的化学修饰的富勒烯C60/Pt催化剂可作为阴极催化剂应用到SPE电化学氢化反应器中。
[0017]上述方法制备的化学修饰的富勒烯C60/Pt催化剂可作为氢化反应催化剂。
[0018]上述方法制备的化学修饰的富勒烯C60/Pt催化剂可作为SPE阴极催化剂应用到电化学氢化大豆油脂中，反应条件为：反应温度30～80℃，油相流速20～90mL/min，水相流速20～90mL/min，阴极催化剂载量为0.1～0.8mg/cm2，阳极催化剂为RuO2，阳极催化剂载量为0.1～0.8mg/cm2。
[0019]相比于现有技术，本专利技术具有如下优点：
[0020]本专利技术利用SPE氢化反应器对大豆油进行氢化，从化学修饰富勒烯C60载体的角度对油脂氢化工艺进行优化。富勒烯C60作为纳米材料，具有机械强度高、比表面积大、导电性好等特点，是作为载体的优良材料，球型的结构可以提供更多的附着位点，同时特殊的结构能在复杂环境中能够保持更好的形态，保证纳米结构完整。由于化学方法的修饰引入分散剂修饰富勒烯C60，能够有效避免富勒烯C60自身的团聚和氢化过程中Pt粒子的脱落对氢化反应的不利影响。作为碳基材料，富勒烯C60拥有良好的导电性，能够为催化剂提供较高的电流密度，充分发挥Pt粒子的催化性能，提高油脂氢化效率。
附图说明
[0021]图1为添加不同浓度催化剂体系的沉降实验，编号1为C60/Pt空白对照，2为添加0.05％吐温
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80；3为添加0.25％吐温
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80；4为添加1.00％吐温
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80；5为添加0.05％聚乙二醇
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6000；6为添加0.25％聚乙二醇
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6000；7为添加1％聚乙二醇
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6000；
[0022]图2为不同质量分数分散剂体系的沉降稳定性；
[0023]图3为添加吐温
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80的C60/Pt的粒径分布；
[0024]图4为添加聚乙二醇
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6000的C60/Pt的粒径分布；
[0025]图5为添加吐温
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80和聚乙二醇
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6000的C60/Pt的电位，图中标有字母数据列字母
不一致代表差异显著(p<0.05)，相同字母表示无显著性差异(p<0.05)，其中大写字母表示聚乙二醇
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6000添加量间显著性差异，小写字母表示吐温
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80添加量间显著性差本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种化学修饰富勒烯C60载体的方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：称取5～15mgC60/Pt催化剂，置于离心管中，添加5～15mg异丙醇；添加分散剂，超声波处理5～15min后，加入粘合剂，再继续进行40～60min的超声处理，超声结束后，静置12～48h，得到化学修饰的富勒烯C60/Pt催化剂，其中：所述分散剂的加入量为化学修饰的富勒烯C60/Pt催化剂质量的0.05～1％，粘合剂的加入量为化学修饰的富勒烯C60/Pt催化剂的5～40％。2.根据权利要求1所述的化学修饰富勒烯C60载体的方法，其特征在于所述分散剂为吐温20、吐温40、吐温60、吐温80或聚乙二醇，聚乙二醇的分子量为1000～8000；所述粘合剂为聚四氟乙烯乳液和Nafion溶液的混合物，聚四氟乙烯和Nafion溶液的质量比为1：1，聚四氟乙烯乳液的质量浓度为5～40％，Nafion溶液的质量浓度为5～40％。3.根据权利要求2所述的化学修饰富勒烯C60载体的方法，其特征在于所述吐温为吐温80，聚乙二醇的分子量为2000。4.根据权利要求1所述的化学修饰富勒烯C60载体的方法，其特征在于所述C60/Pt催化剂的制备方法如下：(1)富勒烯的纯化与氧化取4～6g富勒烯样品，与2.0～3.0g NaNO3均匀混合后加入100～150mL浓H2SO4，冰浴搅拌60～120min后缓慢加入10～20g KMnO4，去除冰浴并搅拌30～60min；待反应完全后将获得的浆状物缓慢加入至200～250mL的超纯水中，控制温度为80～100℃，均匀搅拌0.5～1.5h后用3％H2O2溶液和温水定容至700mL；利用30％(v/v)HCl进行多次洗涤，抽滤后得到浆状物，将其置于60～80℃真空干燥箱内干燥1～3h得到氧化C60；(2)液相还原法制备C60/Pt催化剂取50～55mg氧化处理的C60加入200～250mL超纯水中，并超声处理30～90min以...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑环宇，李丹，孙周亮，王思琪，陈昊，孙树坤，刘丹怡，刘容旭，李杨，许慧，倪艳，刘燕，
申请(专利权)人：东北农业大学，
类型：发明
国别省市：