[发明专利]磁性纳米Cu-Fe3O4/石墨烯复合催化剂的制备及其在还原硝基化合物中的应用

说明书

技术领域

本发明属于磁性催化剂领域，具体是涉及一种磁性纳米Cu-Fe₃O₄/石墨烯复合催化剂及其在还原硝基化合物中的应用。

背景技术

纳米催化剂由于其比表面大、表面活性中心数目多及独特的催化性能而备受瞩目。然而，纳米催化剂粒径较小，难以通过传统的离心和过滤的方法从反应体系中分离出去，这使得纳米催化剂的回收成为了一个工程难点，大大限制了其应用。近年来，可磁分离的纳米催化剂（磁性物质和活性组分相结合）的快速发展使得纳米催化剂在外加磁场下即可得到分离，回收简便，而且该磁性纳米催化剂兼具高活性和易分离两个特点。尽管如此，磁性纳米材料由于其比表能较大及具有磁性，很容易发生团聚，将其负载在载体上不失为一种很好的解决办法。石墨烯作为一种更具潜力的载体，比表面积巨大，是目前最理想的二维纳米材料，已经被广泛的作为纳米金属粒子和金属氧化物的优良载体。

目前，有关于金属纳米颗粒-Fe₃O₄/石墨烯异质结构复合材料的制备的报道较少，例如：Li等人先通过共沉淀法制备Fe₃O₄/石墨烯，经过L-赖氨酸桥连剂和PVP稳定剂的修饰后与贵金属的盐溶液反应，选择性的将Pt，Pd或者PtPd纳米粒子负载在Fe₃O₄/石墨烯复合材料的表面，纳米粒子的分散性好，产量高(Chem.Eur.J.2012,18,7601)；Hu等人所使用的方法与之相似，先制备出磺化石墨烯(s-G)，然后通过共沉淀法制备Fe₃O₄/s-G，最后与钯盐溶液反应得到Pd/Fe₃O₄/s-G(Catal.Sci.Technol.,2012,2,2332)，通过该方法制备的Pd/Fe₃O₄/s-G复合材料可以很均匀的分散在水中或者是水/乙醇体系中。但是这类方法制备金属纳米颗粒-Fe₃O₄/石墨烯复合材料的步骤繁多，过程复杂，在一定程度上限制了其工业化生产。因此，寻求一种简便而易于工业化生产的金属-Fe₃O₄/石墨烯复合材料的制备方法成为亟待解决的问题。

本发明在溶剂热条件下，直接以氧化石墨和可溶性二价铁盐及铜盐为原料，通过一步溶剂热法制备了具有高催化活性的磁性纳米Cu-Fe₃O₄/石墨烯复合催化剂，通过氧化石墨的氧化作用将部分的二价铁盐氧化，从而生成了Fe₃O₄，避免了三价铁盐的的使用，节约了生产成本，Cu，Fe₃O₄和石墨烯三者的协同作用使得该复合材料具有较高的催化活性，而且该制备方法简便，易于工业化生产。

发明内容

本发明的目的就是克服背景技术的不足，采用简便的方法经过溶剂热过程制备出一种新型高催化活性而且兼具磁性的纳米Cu-Fe₃O₄/石墨烯复合催化剂，并且提供此催化剂在还原硝基化合物中的应用。

实现本发明目的的技术解决方案为一步溶剂热法制备磁性纳米Cu-Fe₃O₄/石墨烯复合催化剂，主要包括以下步骤：

（1）将氧化石墨置于水溶性醇中超声分散；

（2）将二价铁盐超声溶解于水中，然后滴加至（1）溶液中，搅拌均匀；

（3）将铜盐超声溶解于水中，加入氢氧化钠溶液调节pH至10~11，抽滤洗涤得到固体产物，置于水溶性醇中超声分散，再滴加至（2）的混合液中搅拌均匀，再滴加氢氧化钠溶液调节pH至10~11，搅拌均匀，置于水热釜中反应；

（4）将步骤（3）的产物进行磁分离，分离出固体产物，用去离子水洗涤，干燥，获得磁性纳米Cu-Fe₃O₄/石墨烯复合催化剂。

作为优选，（2）中所述的二价铁盐为硫酸亚铁和氯化亚铁。

作为优选，（3）中所述的铜盐为硝酸铜和氯化铜。

作为优选，（1）和（3）中所述的水溶性醇为乙醇和乙二醇。

作为优选，铜盐、二价铁盐和氧化石墨烯的质量比为(10~40):(5~15):1。

作为优选，（3）中溶剂热反应的温度为160~200℃，反应时间为10~16h。