[发明专利]一种用于溴酸盐还原的载钯介孔氮化碳催化剂及制备

说明书

技术领域

本发明属于贵金属负载催化剂制备和饮用水处理领域，具体涉及一种用于水中溴酸盐催化加氢处理的催化剂及其制备。

背景技术

溴酸盐是一种典型的饮用水消毒副产物，主要来源于天然水体中的溴离子在饮用水消毒过程中产生的氧化产物。溴酸盐具有一定的毒性，是被国际癌症研究机构定为2B级（较高致癌可能性）的潜在致癌物。若人体长期饮用含高浓度溴酸盐的水，会引起肾和甲状腺等部位的损伤，甚至诱发肿瘤。因此，严格控制饮用水中溴酸盐的含量势在必行。世界各国纷纷制订了饮用水中溴酸盐的控制标准。美国环保署规定饮用水中溴酸盐最高允许浓度在10 μg/L以内，我国现行的《生活饮用水卫生标准》也规定溴酸盐限值为10 μg/L。

如何减少溴酸盐的含量是解决饮用水中溴酸盐污染的关键问题。催化加氢还原法可通过将溴酸盐还原为毒性较小的溴离子来控制饮用水中溴酸盐的含量。该方法以氢气作为还原剂，处理效果好，且无二次污染，在溴酸盐的处理方面具有良好的应用前景。催化剂是影响催化加氢效率的关键因素，高效催化剂的合成是目前国内外的研究重点。常规的催化剂以氧化铝、氧化硅和活性炭等作为载体，以贵金属Pd、Pt和Rh等作为活性组分。鉴于常规催化剂对溴酸盐的处理效率不高，开发新型高效的催化剂十分必要。

与常规的无孔或微孔载体材料相比，介孔材料因其较大的比表面积，均匀的孔径分布等特点，已引起了研究者广泛的兴趣。目前用做催化剂载体的介孔材料主要为介孔硅（SBA-15、MCM-41）和介孔碳（CMK-3），以介孔氮化碳（MCN）作为载体制备催化剂的研究较少。Wang等以氨腈作为碳氮前驱体合成介孔氮化碳，再以沉积沉淀和硼氢化钠还原法合成载钯介孔氮化碳催化剂，用于苯酚的催化加氢反应，取得了良好的催化效果（Highly selective hydrogenation of phenol and derivatives over a Pdcarbon nitride catalyst in aqueous media, J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 2362-2365.）。该研究所制得的催化剂具有规整的孔结构，但比表面积较小（120 m²/g），且表面贵金属的沉积方式不利于溴酸盐的处理。

发明内容

本发明的目的在于提供一种载钯介孔氮化碳（Pd/MCN）催化剂及其制备方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种用于溴酸盐还原的载钯介孔氮化碳催化剂，以介孔氮化碳（MCN）为催化剂载体，贵金属钯为活性组分，钯的负载量为0.5 wt%～5 wt%，该催化剂具有有序介孔结构及较大的比表面积，其比表面积为518 m²/g～536 m²/g。

一种用于溴酸盐还原的载钯介孔氮化碳催化剂的制备方法，具体步骤如下：

（1）将介孔硅加入乙二胺和四氯化碳的混合液中，其中四氯化碳和乙二胺的质量比为2.5:1，恒温水浴，所得固体真空干燥，研磨后在氮气保护下煅烧；将所得产物酸洗去硅模板，乙醇反复洗涤，真空干燥后得到MCN；

（2）以MCN为载体，加入钯前驱体溶液以得到不同负载量的催化剂，所负载钯的量为0.5 wt%～5 wt%，浸渍搅拌干燥，将所得粉末在100～300 ℃条件下煅烧并加氢气还原，制得Pd/MCN。

步骤(1)中所述的水浴温度为60～90℃，水浴时间为4～8 h，所述的煅烧碳化温度为600℃，煅烧时间为3～7 h。

步骤(2)中所述的钯前驱体为氯化钯，浸渍温度为60～90 ℃，加氢还原氢气流速为20～60 ml/min。

本发明的有益效果为：本发明提供一种Pd/MCN的制备方法，通过改变碳氮前驱体以及催化剂合成方法，制备出具有高比表面积（518 m²/g～536 m²/g）、具有有序介孔结构且对溴酸盐具有良好处理效果的新型载钯介孔氮化碳催化剂。

附图说明

图1是本发明实施例1中所得2%Pd/MCN-200催化剂的XRD图谱(a为XRD小角谱图，b为XRD广角谱图)。

图2 是本发明实施例1中所得2%Pd/MCN-200催化剂的TEM图。

图3是本发明实施例1中所得2%Pd/MCN-200催化剂对溴酸盐催化加氢还原效率图。