【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种催化剂载体材料，属于污水净化与废水处理的电催化。
技术介绍
1、垃圾渗滤液、造纸、制药等行业的工业废水属于难降解废水，通常含有有毒有害污染物，且排放量大，若不对其进行有效处理，会严重破坏生态环境，危害人体健康。处理难降解废水的方法主要有传统的物化法、生化法以及电催化技术。其中，电催化技术是利用界面电子得失产生的活性物质降解有机污染物，实现污水净化目的。电催化技术的核心原件为电催化催化剂载体材料，因此具有良好性能的催化催化剂载体材料是促进该技术发展的主要原因。电催化催化剂载体材料在长时间运行之后，污水中的悬浮物、污染物及其转化物往往会吸附在催化剂载体材料表面，导致催化剂载体材料表面堵塞而无法继续使用。
2、石墨烯及其衍生物具有较大的比表面积和优异的导电性能，稳定性好，为二维纳米薄片原子层，是良好的载体材料，可以用来制备高效催化剂，促进水中污染物的降解。但是在石墨烯上负载电催化剂时，电催化剂粒子很难在石墨烯上实现高度分散，并且不会稳定地固定在石墨烯表面，相反很容易扩散形成颗粒团簇，造成催化性能下降，使用寿命降低。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种催化剂载体材料，可用于解决目前采用石墨烯作为电催化电极材料时存在的使用寿命低的问题。
2、为了实现上述目的，本专利技术的催化剂载体材料所采用的技术方案为：
3、一种催化剂载体材料，由包括以下步骤的方法制得：
4、在基体材料的石墨烯表面原位生长碳纳米管，得到复合材料，
5、所述基体材料包括泡沫骨架基体和沉积在泡沫骨架基体上的石墨烯。
6、本专利技术的催化剂载体材料中，由于碳纳米管原位生长于石墨烯表面，因此，催化剂载体材料表面的碳纳米管可以有效的负载纳米催化剂粒子，当碳纳米管与石墨烯表面垂直时，碳纳米管孔可以在石墨烯表面形成笼坑，其独特的笼坑结构可以把纳米催化粒子锁定在碳纳米管形成的网坑中，以使纳米催化粒子可以稳定地结合在石墨烯表面。由于生成的碳纳米管是与基底石墨烯层碳碳键链接，结合力强，可以提高材料的使用寿命。当纳米催化剂粒子为电催化剂时，由于石墨烯具有良好的导电性，并且电催化剂可以稳定地分散于原位生长于石墨烯表面的碳纳米管中，可以避免电催化剂在石墨烯表面的团簇，进而造成催化性能下降。并且由于石墨烯和碳纳米管经过氟化处理，形成了氟掺杂石墨烯和氟化碳纳米管，具有良好的疏水性，当本专利技术的催化剂载体材料作为电催化电极材料使用时，可以降低污染物在电极材料表面的富集，进而可以进一步提高电催化电极材料的效率并延长使用寿命。将本专利技术的催化剂载体材料作为电催化电极材料应用时，具有使用寿命长，电催化效率高的优点，可以用于污水净化和污水处理。
7、可以理解的是，泡沫骨架可以为泡沫镍、泡沫铜、泡沫镍铜合金，还可以为泡沫铂、泡沫铱、泡沫钌等泡沫金属。
8、优选地，所述泡沫骨架基体为泡沫镍基体。泡沫镍具有连通的气孔结构和较高的气孔率，因此具有高通气性、高比表面积和毛细力，并且具有良好的耐腐蚀性，因此，采用泡沫镍基体制备的催化剂载体材料，具有比表面积大，降解速率和电流效率高的优点。
9、优选地，所述氟化处理是将复合材料与氟化剂进行氟化反应。
10、优选地，所述氟化剂为含f2的气体。优选地，所述含f2的气体由氟气和惰性气体组成。优选地，所述氟化反应的温度为300～600℃，氟化反应的时间为5～50min。优选地，所述惰性气体选自氮气、氦气、氩气中的一种或任意组合。进一步优选地，所述氟化反应的温度为320～350℃，氟化反应的时间为15～20min。优选地，氟化反应前，先向放置有复合材料的反应器中通入惰性气体，然后将复合材料升温至氟化反应采用的温度，再向反应器中通入氟气，使复合材料与氟气进行氟化反应。优选地，所述反应器为管式炉。优选地，氟气与惰性气体的流量比为1:(10～100)。
11、优选地，采用化学气相沉积法在石墨烯表面原位生长碳纳米管。优选地，所述化学气相沉积法包括以下步骤：在基体材料上负载镍盐，然后将负载有镍盐的基体材料在保护气氛下加热至115～850℃，保温3～4h，再对加热处理后的镍盐进行热还原处理，最后进行化学气相沉积在石墨烯表面沉积生长碳纳米管。将镍盐加热至115～850℃，保温3～4h，可以使镍盐转化为氧化物，进而通过还原处理形成金属镍，用于作为沉积生长碳纳米管的催化剂。
12、优选地，在基体材料上负载镍盐的方法包括以下步骤：将基体材料在镍盐溶液浸泡后，干燥处理，即得。优选地，所述镍盐溶液中镍盐的摩尔浓度为0.05～0.5mol/l。进一步优选地，所述镍盐溶液中镍盐的摩尔浓度为0.05～0.2mol/l。优选地，所述浸泡的时间为4～20h。进一步优选地，所述浸泡的时间为4～10h。例如，所述浸泡的时间为4h。优选地，所述镍盐选自硝酸镍、硫酸镍、氨基磺酸镍中的一种或任意组合。优选地，所述镍盐溶液中的溶剂为水。
13、优选地，所述热还原处理在还原气氛中进行；所述热还原处理的温度为850～1100℃，热还原处理的时间为2～5h。例如，所述热还原处理的温度为950～1050℃，热还原处理的时间为2～4h。
14、优选地，所述热还原处理在化学气相沉积设备中进行，在热还原处理前，先向化学气相沉积设备中通入保护气体，然后将负载有镍盐的基体材料加热至115～850℃，保温3～4h，再开始向化学气相沉积设备中通入还原气体进行热还原处理，热还原处理结束后，停止通入还原气体并开始向化学气相沉积设备中通入碳源气体，在石墨烯表面沉积生长碳纳米管；向化学气相沉积设备中通入的碳源气体的流量与向化学气相沉积设备中通入的保护气体的流量之比为(1～10):10；沉积生长碳纳米管采用的温度为850～1100℃，时间为20～60min。优选地，在石墨烯表面沉积生长碳纳米管采用的碳源气体为甲烷。优选地，沉积生长碳纳米管采用的温度为950～1050℃，时间为40～60min。优选地，向化学气相沉积设备中通入的碳源气体的流量与向化学气相沉积设备中通入的保护气体的流量之比为(2～4):10。
15、优选地，所述还原气体为氢气。优选地，所述保护气体选自氮气、氦气、氩气中的一种或任意组合。
16、优选地，所述基体材料是通过微波等离子体化学气相沉积法在泡沫骨架基体表面沉积石墨烯得到的。优选地，所述微波等离子体化学气相沉积法包括以下步骤：将泡沫骨架基体放入微波等离子体化学气相沉积炉中，然后通入氢气和惰性气氛，30min后，将泡沫骨架基体加热至500～800℃，保温15～35min，然后停止通入氢气和惰性气氛并通入碳源气体，在泡沫骨架基体表面通过沉积反应生长石墨烯。例如，所述微波等离子体化学气相沉积法包括以下步骤：将泡沫骨架基体放入微波等离子体化学气相沉积炉中，然后通入氢气和惰性气氛，30min后，将泡沫骨架基体本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种催化剂载体材料，其特征在于，由包括以下步骤的方法制得：
2.如权利要求1所述的催化剂载体材料，其特征在于，所述氟化处理是将复合材料与氟化剂进行氟化反应；所述氟化剂为含F2的气体。
3.如权利要求2所述的催化剂载体材料，其特征在于，所述氟化反应的温度为300～600℃，氟化反应的时间为5～50min。
4.如权利要求2所述的催化剂载体材料，其特征在于，所述含F2的气体由氟气和惰性气体组成。
5.如权利要求1-4中任一项所述的催化剂载体材料，其特征在于，采用化学气相沉积法在石墨烯表面原位生长碳纳米管；所述化学气相沉积法包括以下步骤：在基体材料上负载镍盐，然后将负载有镍盐的基体材料在保护气氛下加热至115～850℃，保温3～4h，再对加热处理后的镍盐进行热还原处理，最后进行化学气相沉积在石墨烯表面沉积生长碳纳米管。
6.如权利要求5所述的催化剂载体材料，其特征在于，在基体材料上负载镍盐的方法包括以下步骤：将基体材料在镍盐溶液浸泡后，干燥处理，即得；所述镍盐溶液中镍盐的摩尔浓度为0.05～0.5mol/L；所述浸泡的时间
7.如权利要求5所述的催化剂载体材料，其特征在于，所述热还原处理在还原气氛中进行；所述热还原处理的温度为850～1100℃，热还原处理的时间为2～5h。
8.如权利要求5所述的催化剂载体材料，其特征在于，所述热还原处理在化学气相沉积设备中进行，在热还原处理前，先向化学气相沉积设备中通入保护气体，然后将负载有镍盐的基体材料加热至115～850℃，保温3～4h，再开始向化学气相沉积设备中通入还原气体进行热还原处理，热还原处理结束后，停止通入还原气体并开始向化学气相沉积设备中通入碳源气体，在石墨烯表面沉积生长碳纳米管；向化学气相沉积设备中通入的碳源气体的流量与向化学气相沉积设备中通入的保护气体的流量之比为(1～10):10；沉积生长碳纳米管采用的温度为850～1100℃，时间为20～60min。
9.如权利要求1-4中任一项所述的催化剂载体材料，其特征在于，所述基体材料是通过微波等离子体化学气相沉积法在泡沫骨架基体表面沉积石墨烯得到的；所述微波等离子体化学气相沉积法包括以下步骤：将泡沫骨架基体放入微波等离子体化学气相沉积炉中，然后通入氢气和惰性气氛，30min后，将泡沫骨架基体加热至500～800℃，保温15～35min，然后停止通入氢气和惰性气氛并通入碳源气体，在泡沫骨架基体表面通过沉积反应生长石墨烯；沉积反应过程中控制微波等离子体化学气相沉积炉中压力为1.0×10-4～2.0×10-4MPa。
10.如权利要求9所述的催化剂载体材料，其特征在于，向微波等离子体化学气相沉积炉中通入的氢气的流量和惰性气氛的流量之比为(2～4):1，向微波等离子体化学气相沉积炉中通入的碳源气体的流量与向微波等离子体化学气相沉积炉中通入的氢气和惰性气氛的流量之和的比为1:(6～8)；沉积反应的时间为25～60s。
...【技术特征摘要】
1.一种催化剂载体材料，其特征在于，由包括以下步骤的方法制得：
2.如权利要求1所述的催化剂载体材料，其特征在于，所述氟化处理是将复合材料与氟化剂进行氟化反应；所述氟化剂为含f2的气体。
3.如权利要求2所述的催化剂载体材料，其特征在于，所述氟化反应的温度为300～600℃，氟化反应的时间为5～50min。
4.如权利要求2所述的催化剂载体材料，其特征在于，所述含f2的气体由氟气和惰性气体组成。
5.如权利要求1-4中任一项所述的催化剂载体材料，其特征在于，采用化学气相沉积法在石墨烯表面原位生长碳纳米管；所述化学气相沉积法包括以下步骤：在基体材料上负载镍盐，然后将负载有镍盐的基体材料在保护气氛下加热至115～850℃，保温3～4h，再对加热处理后的镍盐进行热还原处理，最后进行化学气相沉积在石墨烯表面沉积生长碳纳米管。
6.如权利要求5所述的催化剂载体材料，其特征在于，在基体材料上负载镍盐的方法包括以下步骤：将基体材料在镍盐溶液浸泡后，干燥处理，即得；所述镍盐溶液中镍盐的摩尔浓度为0.05～0.5mol/l；所述浸泡的时间为4～20h。
7.如权利要求5所述的催化剂载体材料，其特征在于，所述热还原处理在还原气氛中进行；所述热还原处理的温度为850～1100℃，热还原处理的时间为2～5h。
8.如权利要求5所述的催化剂载体材料，其特征在于，所述热还原处理在化学气相沉积设备中进行，在热还原...
【专利技术属性】
技术研发人员：王云超，陈冰，陈武魁，张卫星，
申请(专利权)人：河南煜和科技集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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