一種磁性石墨烯催化劑及其制備方法與應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于工業(yè)催化的技術(shù)領(lǐng)域,設(shè)及一種電催化劑,特別設(shè)及一種磁性石墨締 催化劑及其制備方法與應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 在現(xiàn)代石油化工產(chǎn)業(yè)中,金屬及其氧化物占有至關(guān)重要的地位,其不僅是大部分 燒控加氨W及脫氨反應(yīng)過程中催化材料的基本活性組份,也是石化產(chǎn)品深加工過程中氧化 催化材料的主要活性組份W。然而,在化石資源日益枯竭及環(huán)保意識逐漸完善的今天,金屬 及其氧化物催化劑在石化領(lǐng)域的規(guī)模應(yīng)用和深入發(fā)展正受到諸多材料自身不足和應(yīng)用技 術(shù)缺陷的限制,如成本高,回收難,重復(fù)利用率低,長期穩(wěn)定性不佳,反應(yīng)機(jī)理不清,結(jié)構(gòu)復(fù) 雜W及金屬離子二次污染等問題。因此我們迫切要求為高附加值含氧化學(xué)品的生產(chǎn)過程提 供新一代的催化氧化綠色新工藝。而碳材料優(yōu)異的穩(wěn)定性、特殊的化學(xué)性質(zhì)、合適的機(jī)械強(qiáng) 度W及價格優(yōu)勢使其在多相催化中具有很好的工業(yè)應(yīng)用前景W?;诖?,我們希望制備出 一種結(jié)合金屬、碳材料的高性能催化劑,同時達(dá)到利于回收再利用的效果。
[0003] 參考文獻(xiàn)為:
[0004] [1化roto H.W.,Heath J.R.,O'Brien S.C.,et al.C60:Buckminsterfullerene [J].NaUire,1985,318(6042):162-163.
[0005] [2]IijimaS.Helicalmicrotubulesofgraphiticcarbon[J].Nature,1991, 354(6348):56-58.
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足,本發(fā)明的首要目的在于提供磁性石墨締催化劑 的制備方法。所制備的催化劑對環(huán)己燒具有非常好的催化活性。
[0007] 本發(fā)明的另一目的在于提供由上述方法得到的磁性石墨締催化劑。
[000引本發(fā)明的再一目的在于提供上述磁性石墨締催化劑的應(yīng)用。
[0009] 本發(fā)明的目的通過W下技術(shù)方案實現(xiàn):
[0010] -種磁性石墨締催化劑的制備方法,具體包括W下步驟:
[0011] (1)采用溶膠凝膠法制備SrCo〇.8Fe〇.2〇3-s粉末:
[001^ (2)將SrC0G.8FeG.203-s粉末置于管式爐中,通入保護(hù)性氣體并加熱;所述加熱溫度 為500~550°C;
[OOU] (3)改變通入的氣體,向管式爐中通入保護(hù)性氣體和氨氣,還原SrCo〇.8Fe〇.2〇3-s粉 末;
[0014] (4)還原反應(yīng)完成后,改變通入的氣體,向管式爐中通入保護(hù)性氣體,繼續(xù)升溫至 700~750°C;改變通入的氣體,向管式爐中通入保護(hù)性氣體、氨氣和氣體碳源,恒溫反應(yīng);恒 溫反應(yīng)完成后,改變通入的氣體,向管式爐中通入保護(hù)性氣體,冷卻,得到磁性石墨締催化 劑。
[001引步驟(I)所述S;rCo0.8Fe0.203-s粉末粒徑為200nm~10皿,優(yōu)選為5~10皿;步驟(2)所 述保護(hù)性氣體的流速為20~50毫升每分鐘(seem)。
[0016] 步驟(3)所述還原的條件為于500~550°C還原30~40min;所述保護(hù)性氣體的流速 為20~30sccm,所述氨氣的流速為20~30sccm。
[0017] 步驟(2)~(4)所述保護(hù)性氣體為氮?dú)狻?br>[0018] 步驟(4)所述繼續(xù)升溫的速率為8~12°C/min,所述還原反應(yīng)完成后,通入保護(hù)性 氣體的流速為20~30sccm;所述通入保護(hù)性氣體、氨氣和氣體碳源時,保護(hù)性氣體的流速為 40~60sccm,氨氣的流速為8~12sccm,氣體碳源的流速為20~30sccm;所述恒溫反應(yīng)的條 件為700~750°C下反應(yīng)150~200min;所述恒溫反應(yīng)完成后,通入保護(hù)性氣體的流速為40~ 60sccm〇
[0019] 步驟(4)所述氣體碳源為乙締、甲燒、乙燒、乙烘或一氧化碳;優(yōu)選為乙締。
[0020] 步驟(2)~(4)中所述保護(hù)性氣體為氮?dú)狻?br>[0021] 步驟(1)所述SrCoo.sFeo.2〇3-s粉末的制備方法,具體為:
[0022] (a)將硝酸鎖、六水合硝酸鉆、九水合硝酸鐵W及去離子水進(jìn)行攬拌混合,得到混 合溶液;
[0023] (b)向混合溶液中加入抓TA,攬拌,再加入巧樣酸,繼續(xù)攬拌,得到有沉淀的混合 液;
[0024] (C)將氨水加入有沉淀的混合液中直至沉淀物全部溶解,于70~100°C加熱蒸發(fā)至 液體凝膠,再將凝膠于900~1200°C下般燒7~IOh,得到SrCoQ.沁eo. 2〇3-s粉末。
[0025] 步驟(a)所述硝酸鎖、六水合硝酸鉆、九水合硝酸鐵W及去離子水的摩爾比5:4:1: (10~15);所述攬拌時間為30~50min,攬拌轉(zhuǎn)速為50r/min~90r/min。
[0026] 步驟(b)所述巧樣酸與抓TA的摩爾比為2:1;步驟(b)所述抓TA與混合溶液中總金 屬離子的摩爾比為1:1。
[0027] 步驟(b)所述攬拌的時間為30~50min,攬拌轉(zhuǎn)速為SOr/min~gOr/min;所述繼續(xù) 攬拌的時間為30~50min,攬拌轉(zhuǎn)速為50r/min~90r/min。
[0028] 所述磁性石墨締催化劑應(yīng)用于工業(yè)催化領(lǐng)域,優(yōu)選用于催化氧化環(huán)己燒。
[0029] 與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)及有益效果:
[0030] 本發(fā)明首先采用溶膠凝膠法制備了具有磁性的SrCoo.8Feo.2〇3-s粉末,再采用氣相 沉積法制備出了一種包覆SrCoo.8Feo.2〇3-s的石墨締催化劑,該催化劑具有非常良好的磁性 特性,與目前商業(yè)化的催化劑相比,具有良好的催化活性及方便回收的優(yōu)勢。
【附圖說明】
[00川圖1為實施例1制備的SrCoo.8Feo.203-s粉末的TEM圖。
【具體實施方式】
[0032] 下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步地具體詳細(xì)描述,但本發(fā)明的實施方式不 限于此,對于未特別注明的工藝參數(shù),可參照常規(guī)技術(shù)進(jìn)行。
[0033] 實施例1
[0034] (1)通過溶膠凝膠法制備SrCoo.8Feo.2〇3-s粉末:
[0035] (a)將硝酸鎖(Sr(N〇3)2,上海新寶精細(xì)化工廠,AR)、六水合硝酸鉆(Co(N〇3)2? 6此0,天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司,AR)、九水合硝酸鐵(Fe(N〇3)3? 9此0,天津市福晨化 學(xué)試劑廠,AR)W及去離子水按照摩爾比5:4:1:10配成溶液,攬拌50min,攬拌轉(zhuǎn)速為50r/ min,得到混合溶液;
[0036] (b)向混合溶液中加入抓TA(Ci加6化〇8,天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司,AR),攬 拌50min(攬拌轉(zhuǎn)速為50r/min),再加入巧樣酸(C姐8〇7?此0,國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司, AR),繼續(xù)攬拌50min(攬拌轉(zhuǎn)速為90r/min),得到有沉淀的混合液;所述抓TA與步驟(a)混合 溶液中總金屬離子的摩爾比為1:1,所述巧樣酸與邸TA的摩爾比為2:1;
[0037] (C)向有沉淀的混合液中加入氨水(N出?出0,南昌試劑化工廠,AR)直至沉淀全部 溶解,并使得溶液的PH= 8;在70°C下加熱蒸發(fā)至液體凝膠,最后將此凝膠于1200°C下般燒 7h,得到SrCoo.沁eo. 2〇3-s粉末,其透射電鏡圖如圖1所示;粉末粒徑為5~10曲1;
[0038] (2)稱取0.lgSrCoo.8Feo.2〇3-s粉末置于石英瓷舟中,裝入管式爐的石英管中,W50 毫升每分鐘(seem)的流速通入氮?dú)?,并加熱管式爐到500°C;
[0039] (3)當(dāng)溫度到達(dá)500°C時,改變氣體配比為化(廣州盛盈氣體,>99.999% (v/v)): 20sccm,H2(佛山市華特氣體有限公司,N2/8%H2) :30sccm,保持在500°C下還原 SrCoo.sFeo. 2〇3-s粉末40min;還原反應(yīng)完成后,改變氣體配比為化:20sccm,將管式爐W12°C/ min的速度升至700°C;
[0040] (4)當(dāng)溫度到達(dá)700°C時,改變氣體配比為化:60sccm,此:8sccm,乙締:30sccm,保持 在700°C下反應(yīng)200min;反應(yīng)完成后,改變氣體配比為化:40sccm,冷卻至室溫,取出混合物, 得到磁性石墨締催化劑。
[0041 ] 實施例2
[0042] (1)通過溶膠凝膠法制備SrCoo.8Feo.2〇3-s粉末:
[0043] (a)將硝酸鎖(Sr(N〇3)2,上海新寶精細(xì)化工廠,AR)、六水合硝酸鉆(Co(N〇3)2? 6此0,天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司,AR)、九水合硝酸鐵(Fe(N〇3)3? 9此0,天津市福晨化 學(xué)試劑廠,AR)W及去離子水按照摩爾比5:4:1:15配成溶液,攬拌30min,攬拌轉(zhuǎn)速為90r/ min,得到混合溶液;
[0044] (b)向混合溶液中加入抓TA(Ci加6化〇8,天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司,AR),攬 拌30min,攬拌轉(zhuǎn)速為90r/min;再加入巧樣酸(C抽8〇7 ?此0,國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司, AR),繼續(xù)攬拌30min,攬拌轉(zhuǎn)速為50r/min,得到有沉淀的混合液;所述邸TA與步驟(a)混合 溶液中總金屬離子的摩爾比為1:1,所述巧樣酸與邸TA的摩爾比為2:1;
[0045] (C)向有沉淀的混合液中加入氨水(N出?出0,南昌試劑化工廠,AR)直至沉淀全部 溶解,并使得溶液的PH =8;在100°C下將混合液加熱蒸發(fā)至液體凝膠,最后將此凝膠與900 °C下般燒IOh,得到SrCoo.8化〇.2〇3-s粉末;
[0046] (2)稱取0.3gSrCoo.8Feo.2〇3-s粉末置于石英瓷舟中,裝入管式爐的石英管中,W20 毫升每分鐘(seem)的流速通入氮?dú)?,并加熱管式爐到550°C;
[0047] (3)當(dāng)溫度到達(dá)550°C時,改變氣體配比為化(廣州盛盈氣體,>99.999% (v/v)): 30sccm,H2(佛山市華特氣體有限公司,N2/8%H2) :20sccm,保持在550°C下還原 SrCoo.sFeo.2〇3-s納米粉30min;還原反應(yīng)完成后,改變氣體配比為化:30sccm,將管式爐W8 °C/min的速度升至750°C;