[发明专利]一种含金属或金属氧化物粒子的CeO2纤维催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种含金属或金属氧化物粒子的CeO₂纤维催化剂的制备方法，属于纳米催化剂制备技术领域。

背景技术

在催化领域，常见的传统催化剂包括含大量贵金属、有色金属或其氧化物。这些催化剂被广泛使用于加氢、氧化、脱氢、甲醇裂解、重整及变换反应等化学反应中，但由于这些贵金属价格昂贵，研究者们一直致力于减少催化剂用量的同时如何提高其催化活性和催化效率，以及实施有效地回收。其中把这些贵金属粒子纳米化，可以显著提高催化活性，但同时由于纳米尺寸的催化剂颗粒价格昂贵，与产物难以分离，随意排放也对环境造成了很大的污染，需要把这些催化剂进行回收并循环使用。针对此问题，负载型催化剂得到研究者们越来越多的关注。负载型催化剂主要是指将一些纳米贵金属或其氧化物粒子负载到一定的载体上，载体可使活性组分获得较高的比表面积，减少用量，可以提高催化效率，还可以解决回收问题。

常用的载体有碳纳米管、碳纤维、二氧化硅纤维、氧化铝、分子筛等，负载在常用载体上的金属纳米粒子分散均匀、粒径小、比表面积大、易回收再利用，但是在进行催化反应时，还需要加入一些催化助剂来辅助主催化剂提高催化效率和催化活性，而常用载体只是为了支撑催化剂用，本身没有任何与催化作用有关的功能，并不能辅助催化剂。二氧化铈作为助催化剂在一些催化反应中可以增强催化剂的功能大大提高催化效率。目前，研究者们一直采用共沉淀法和浸渍法制备了NiO/CeO₂、Co/CeO₂等负载催化剂，但这些传统方法制备的催化剂基本上以球形颗粒存在，尤其是活性高的纳米级催化剂粒子，非常容易聚集，在溶液中难以均匀分散，影响其催化效果。

静电纺丝制备纳米纤维技术的出现，为制备负载型催化剂提供了一种更为简单而且适用范围广的方法。通过静电纺丝方法制备的纳米纤维具有直径小、介孔纳米结构、比表面积较大，形貌可控等特点，是一种比较有发展前景的材料从而被广泛应用尤其是催化剂载体。目前，通过静电纺丝技术制备主-助复合纳米催化剂却还尚未见报道。

本发明通过静电纺丝技术制备主-助复合纳米催化剂，是以助催化剂二氧化铈纤维为载体，负载主催化剂金属或金属氧化物纳米粒子，我们将助催化剂和主催化剂复合到一起制备出新型纤维基负载催化剂。本发明的主要特点是：纤维基体为CeO₂，纤维本身同时兼有负载基体和助催化剂的作用；负载的粒子为主催化剂，纳米级的主催化剂在纤维表面可以均匀的分散，避免聚集。同时本发明的复合催化剂的比表面积比传统负载催化剂大，在溶液中更易与被催化的分子接触，提高催化效率。本发明的新型纤维基负载催化剂在未来的催化工业具有广阔的应用前景。

发明内容：

本发明的目的是提供一种含金属或金属氧化物粒子的CeO₂纤催化剂的制备方法。本发明以助催化剂CeO₂纤维为载体，并负载金属或金属氧化物纳米粒子，通过静电纺丝技术，得到新型纤维基负载催化剂，该催化剂中的金属或金属氧化物纳米粒子分散性好、粒径小和比表面积大，并且该负载催化剂易回收。

本发明的技术方案如下：

一种含金属或金属氧化物粒子的CeO₂纤维催化剂的制备方法，具体步骤如下：

步骤1：(1)分别称取1～6g的CeO₂前驱体和2～10g的溶剂，混合后下磁力搅拌5～12h，让CeO₂前驱体充分水解，得到CeO₂的溶胶溶液；(2)将0.5～5g的高聚物溶解在2～15g溶剂中，在磁力搅拌器上搅拌5～12h，形成均匀透明的溶液；(3)将0.05～0.5g金属或金属盐溶解在0.5～3g溶剂中经超声1～4h，形成均一稳定溶液；(4)最后将这三种溶液混合搅拌0.5～2h至成均匀液体，即为静电纺丝前驱液；

步骤2：将制得的静电纺丝前驱液注入静电纺丝装置中，通过调节纺丝电压为5～20KV、推进速率为0.1～3mL/h和接收距离为5～30cm，制备得到负载有金属或金属盐的CeO₂/高聚物的复合前驱纤维；

步骤3：按照以下两种方式之一负载催化剂：

(1)金属氧化物粒子/CeO₂纤维负载催化剂

将上步制备的复合前驱纤维置于马弗炉中，在空气气氛下以5～10℃/min速度升温至600～1000℃煅烧，煅烧时间为1～10h，最后得到金属氧化物纳米粒子/CeO₂纤维的负载催化剂。