一種納米級催化劑氧化亞鈷的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種納米級催化劑氧化亞鈷的制備方法，屬于無機(jī)化學(xué)合成領(lǐng)域。本發(fā)明首先以氯化鈷溶液為原料，使用檸檬酸與溶液中鈷離子絡(luò)合，使鈷離子緩慢釋放，以聚苯乙烯丙烯酸為模板，利用聚苯乙烯丙烯酸表面的?COOH基團(tuán)與CoCl2溶液水解產(chǎn)物Co(OH)2膠體顆粒的靜電和化學(xué)吸附作用，將水解產(chǎn)生的Co(OH)2膠體顆粒均勻吸附在聚苯乙烯丙烯酸粒子表面，形成溶膠，在加熱升溫條件下，Co(OH)2膠體顆粒脫水，生成CoO晶核，長大后的CoO晶體均勻包裹于聚苯乙烯丙烯酸模板表面，再將其轉(zhuǎn)入無氧條件下煅燒，除去聚苯乙烯丙烯酸內(nèi)核，得到產(chǎn)物氧化亞鈷。本發(fā)明制備工藝簡單，所得氧化亞鈷形貌均勻，粒徑控制簡單，分布范圍窄，均在納米級。
【專利說明】
一種納米級催化劑氧化亞鈷的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明公開了一種納米級催化劑氧化亞鈷的制備方法，屬于無機(jī)化學(xué)合成領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]氧化亞鈷，是一種黑色粉末，不溶于水和醇，溶于稀酸和熱的濃氫氧化鈉溶液。通常作為生產(chǎn)硬質(zhì)合金、超耐熱合金、絕緣材料和磁性材料的主要原料，以及化學(xué)工業(yè)中的催化劑和染料等。工業(yè)上，常以CoCl2溶液為鈷源，NH4HCO3或NaCO3為沉淀劑，制得Cc^O3，先將CoCO3在700?800°C溫度下煅燒，制得Co3O4，再由Co3O4在還原氣氛中，加熱至950°(:煅燒得到CoO，整個(gè)生產(chǎn)工藝線路較長，容易帶入較多雜質(zhì)，而且直接沉淀所得到的CoCO3形貌復(fù)雜，粒徑分布范圍太廣，造成最終所得CoO的形貌和粒徑不可控，導(dǎo)致制得的催化劑催化活性低，很難滿足客戶需求。
[0003]—般金屬氧化物的制備方法很多，常規(guī)的有化學(xué)沉淀法，熱分解法，固相反應(yīng)法，氣相沉積法，水解法。而水熱水解法是一種比較新穎的制備方法，可以通過控制適當(dāng)條件，得到形貌一致，粒徑分布范圍窄的溶膠。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題:針對目前氧化亞鈷材料制備過程中出現(xiàn)的，生產(chǎn)工藝路線長，所得氧化亞鈷的形貌和粒徑不可控，導(dǎo)致制得的催化劑催化活性低的問題，提供了一種納米級氧化亞鈷的制備方法，本發(fā)明首先以氯化鈷溶液為原料，使用蘋果酸與溶液中鈷離子絡(luò)合，使鈷離子緩慢釋放，以聚苯乙烯丙烯酸為模板，利用聚苯乙烯丙烯酸表面的-COOH基團(tuán)與CoCl2溶液水解產(chǎn)物Co(OH)2膠體顆粒的靜電和化學(xué)吸附作用，將水解產(chǎn)生的Co(OH)2膠體顆粒均勻吸附在聚苯乙烯丙烯酸粒子表面，形成溶膠，在加熱升溫條件下，Co(OH)2膠體顆粒脫水，生成CoO晶核，長大后的CoO晶體均勻包裹于聚苯乙烯丙烯酸模板表面，再將其轉(zhuǎn)入無氧條件下煅燒，除去聚苯乙烯丙烯酸內(nèi)核，得到產(chǎn)物氧化亞鈷。本發(fā)明制備工藝簡單，所得氧化亞鈷形貌均勻，粒徑控制簡單，分布范圍窄，均在納米級。
[0005 ]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
(1)依次稱取0.5?1.0g聚苯乙烯丙烯酸和0.2?0.5g蘋果酸，加入盛有100?150mL去離子水的密閉容器中，將密閉容器移入75?85°C恒溫水浴鍋中，在300?500r/min轉(zhuǎn)速下，恒溫?cái)嚢?.5?1.5h，再以5?10mL/min的速率向密閉容器中通入氮?dú)猓敝林脫Q出所有空氣為止，制成聚苯乙烯丙烯酸水乳液；
(2)量取40?60mL濃度為0.2?0.4mol/LCoCl2溶液，在攪拌狀態(tài)下，通過滴液漏斗緩慢滴加至上述所得聚苯乙烯丙烯酸水乳液中，在0.5?1.0h內(nèi)滴加完畢，保持75?85°C恒溫不變，繼續(xù)攪拌I?2h后，將混合液移入真空環(huán)境中，自然冷卻至室溫，抽濾，用去離子水洗滌濾渣，直至洗滌水成中性，再用無水乙醇沖洗2?3次；
(3)將上述所得濾渣放入真空干燥箱中，在60?65°C條件下，干燥16?24h，得到聚苯乙烯丙烯酸/CoO粉末，將所得粉末轉(zhuǎn)入馬弗爐，以5?10mL/min的速率向爐中通入氮?dú)?，直至置換出所有空氣為止，在400?500 °C條件下煅燒2?4h，得到黑色粉末，將所得黑色粉末在真空環(huán)境中冷卻至室溫，所得粉末即為納米級氧化亞鈷。
[0006]本發(fā)明的具體應(yīng)用方法:稱取本發(fā)明所得氧化亞鈷10?20g，與150?200mL去離子水混合成懸浮液，再稱取活性炭100?150g，放入所得懸浮液中浸泡2?4h后，過濾，將得到的濾渣放入馬弗爐中在無氧條件下，升溫至300?400°C，煅燒2?4h，得到活性炭負(fù)載的納米級氧化亞鈷催化劑，用于汽車尾氣處理，催化尾氣中NxO氣體分解的效率相比于常規(guī)氧化亞鈷催化劑提高50?60%。
[0007]本發(fā)明的有益效果是:
(1)制備工藝流程簡單，煅燒溫度較低，節(jié)約了能耗，降低了生產(chǎn)成本；
(2)本發(fā)明所得氧化亞鈷顆粒尺寸在納米級，在保持氧化亞鈷原有的催化特性的基礎(chǔ)上，可明顯提高催化劑的催化活性，滿足工業(yè)生產(chǎn)需求。
【具體實(shí)施方式】
[0008]依次稱取0.5?1.0g聚苯乙烯丙烯酸和0.2?0.5g蘋果酸，加入盛有100?150mL去離子水的密閉容器中，將密閉容器移入75?85°C恒溫水浴鍋中，在300?500r/min轉(zhuǎn)速下，恒溫?cái)嚢?.5?1.5h，再以5?10mL/min的速率向密閉容器中通入氮?dú)?，直至置換出所有空氣為止，制成聚苯乙烯丙烯酸水乳液;量取40?60mL濃度為0.2?0.4mol/L CoCl2溶液，在攪拌狀態(tài)下，通過滴液漏斗緩慢滴加至上述所得聚苯乙烯丙烯酸水乳液中，在0.5?1.0h內(nèi)滴加完畢，保持75?85°C恒溫不變，繼續(xù)攪拌I?2h后，將混合液移入真空環(huán)境中，自然冷卻至室溫，抽濾，用去離子水洗滌濾渣，直至洗滌水成中性，再用無水乙醇沖洗2?3次;將上述所得濾渣放入真空干燥箱中，在60?65°C條件下，干燥16?24h，得到聚苯乙烯丙烯酸/CoO粉末，將所得粉末轉(zhuǎn)入馬弗爐，以5?10mL/min的速率向爐中通入氮?dú)?，直至置換出所有空氣為止，在400?500°C條件下煅燒2?4h，得到黑色粉末，將所得黑色粉末在真空環(huán)境中冷卻至室溫，所得粉末即為納米級氧化亞鈷。
[0009]實(shí)例I
依次稱取0.5g聚苯乙烯丙烯酸和0.2g蘋果酸，加入盛有10mL去離子水的密閉容器中，將密閉容器移入75°C恒溫水浴鍋中，在300r/min轉(zhuǎn)速下，攪拌0.5h，再以5mL/min的速率向密閉容器中通入氮?dú)?，直至置換出所有空氣為止，制成聚苯乙烯丙烯酸水乳液;量取40mL濃度為0.2mol/L CoCl2溶液，在攪拌狀態(tài)下，通過滴液漏斗緩慢滴加至上述所得聚苯乙烯丙烯酸水乳液中，在0.5h內(nèi)滴加完畢，保持75°C恒溫不變，繼續(xù)攪拌Ih后，將混合液移入真空環(huán)境中，自然冷卻至室溫，抽濾，用去離子水洗滌濾渣，直至洗滌水成中性，再用無水乙醇沖洗2次;將上述所得濾渣放入真空干燥箱中，在60°C條件下，干燥16h，得到聚苯乙烯丙烯酸/CoO粉末，將所得粉末轉(zhuǎn)入馬弗爐，以5mL/min的速率向爐中通入氮?dú)?，直至置換出所有空氣為止，在400°C條件下煅燒2h，得到黑色粉末，將所得黑色粉末在真空環(huán)境中冷卻至室溫，所得粉末即為納米級氧化亞鈷。
[0010]本發(fā)明的具體應(yīng)用方法:稱取本發(fā)明所得氧化亞鈷10g，與150mL去離子水混合成懸浮液，再稱取活性炭100g，放入所得懸浮液中浸泡2h后，過濾，將得到的濾渣放入馬弗爐中在無氧條件下，升溫至300°C，煅燒2h，得到活性炭負(fù)載的納米級氧化亞鈷催化劑，用于汽車尾氣處理，催化尾氣中NxO氣體分解的效率相比于常規(guī)氧化亞鈷催化劑提高50%。
[0011]實(shí)例2
依次稱取0.8g聚苯乙烯丙烯酸和0.3g蘋果酸，加入盛有120mL去離子水的密閉容器中，將密閉容器移入80 0C恒溫水浴鍋中，在400r/min轉(zhuǎn)速下，恒溫?cái)嚢鐸h，再以8mL/min的速率向密閉容器中通入氮?dú)?，直至置換出所有空氣為止，制成聚苯乙烯丙烯酸水乳液;量取50mL濃度為0.3mol/L CoCl2溶液，在攪拌狀態(tài)下，通過滴液漏斗緩慢滴加至上述所得聚苯乙烯丙烯酸水乳液中，在0.Sh內(nèi)滴加完畢，保持80°C恒溫不變，繼續(xù)攪拌1.2h后，將混合液移入真空環(huán)境中，自然冷卻至室溫，抽濾，用去離子水洗滌濾渣，直至洗滌水成中性，再用無水乙醇沖洗2次;將上述所得濾渣放入真空干燥箱中，在62°C條件下，干燥20h，得到聚苯乙烯丙烯酸/CoO粉末，將所得粉末轉(zhuǎn)入馬弗爐，以8mL/min的速率向爐中通入氮?dú)?，直至置換出所有空氣為止，在450°C條件下煅燒3h，得到黑色粉末，將所得黑色粉末在真空環(huán)境中冷卻至室溫，所得粉末即為納米級氧化亞鈷。
[0012]本發(fā)明的具體應(yīng)用方法:稱取本發(fā)明所得氧化亞鈷15g，與ISOmL去離子水混合成懸浮液，再稱取活性炭120g，放入所得懸浮液中浸泡3h后，過濾，將得到的濾渣放入馬弗爐中在無氧條件下，升溫至350°C，煅燒3h，得到活性炭負(fù)載的納米級氧化亞鈷催化劑，用于汽車尾氣處理，催化尾氣中NxO氣體分解的效率相比于常規(guī)氧化亞鈷催化劑提高54%。
[0013]實(shí)例3
依次稱取1.0g聚苯乙烯丙烯酸和0.5g蘋果酸，加入盛有150mL去離子水的密閉容器中，將密閉容器移入85°C恒溫水浴鍋中，在500r/min轉(zhuǎn)速下，攪拌1.5h，再以10mL/min的速率向密閉容器中通入氮?dú)猓敝林脫Q出所有空氣為止，制成聚苯乙烯丙烯酸水乳液;量取60mL濃度為0.4mol/L CoCl2溶液，在攪拌狀態(tài)下，通過滴液漏斗緩慢滴加至上述所得聚苯乙烯丙烯酸水乳液中，在1.0h內(nèi)滴加完畢，保持85°C恒溫不變，繼續(xù)攪拌2h后，將混合液移入真空環(huán)境中，自然冷卻至室溫，抽濾，用去離子水洗滌濾渣，直至洗滌水成中性，再用無水乙醇沖洗3次;將上述所得濾渣放入真空干燥箱中，在65°C條件下，干燥24h，得到聚苯乙烯丙烯酸/CoO粉末，將所得粉末轉(zhuǎn)入馬弗爐，以1mL/min的速率向爐中通入氮?dú)猓敝林脫Q出所有空氣為止，在500°C條件下煅燒4h，得到黑色粉末，將所得黑色粉末在真空環(huán)境中冷卻至室溫，所得粉末即為納米級氧化亞鈷。
[0014]本發(fā)明的具體應(yīng)用方法:稱取本發(fā)明所得氧化亞鈷20g，與200mL去離子水混合成懸浮液，再稱取活性炭150g，放入所得懸浮液中浸泡4h后，過濾，將得到的濾渣放入馬弗爐中在無氧條件下，升溫至400°C，煅燒4h，得到活性炭負(fù)載的納米級氧化亞鈷催化劑，用于汽車尾氣處理，催化尾氣中NxO氣體分解的效率相比于常規(guī)氧化亞鈷催化劑提高60%。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種納米級催化劑氧化亞鈷的制備方法，其特征在于具體制備步驟為: (1)依次稱取0.5?1.0g聚苯乙烯丙烯酸和0.2?0.5g蘋果酸，加入盛有100?150mL去離子水的密閉容器中，將密閉容器移入75?85°C恒溫水浴鍋中，在300?500r/min轉(zhuǎn)速下，恒溫?cái)嚢?.5?1.5h，再以5?10mL/min的速率向密閉容器中通入氮?dú)?，直至置換出所有空氣為止，制成聚苯乙烯丙烯酸水乳液； (2)量取40?60mL濃度為0.2?0.4mol/LCoCl2溶液，在攪拌狀態(tài)下，通過滴液漏斗緩慢滴加至上述所得聚苯乙烯丙烯酸水乳液中，在0.5?1.0h內(nèi)滴加完畢，保持75?85°C恒溫不變，繼續(xù)攪拌I?2h后，將混合液移入真空環(huán)境中，自然冷卻至室溫，抽濾，用去離子水洗滌濾渣，直至洗滌水成中性，再用無水乙醇沖洗2?3次； (3)將上述所得濾渣放入真空干燥箱中，在60?65°C條件下，干燥16?24h，得到聚苯乙烯丙烯酸/CoO粉末，將所得粉末轉(zhuǎn)入馬弗爐，以5?10mL/min的速率向爐中通入氮?dú)?，直至置換出所有空氣為止，在400?500 °C條件下煅燒2?4h，得到黑色粉末，將所得黑色粉末在真空環(huán)境中冷卻至室溫，所得粉末即為納米級氧化亞鈷。
【文檔編號】B01D53/56GK105879873SQ201610267264
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月27日
【發(fā)明人】吳迪, 許博偉
【申請人】吳迪