[发明专利]一种新型碳基材料负载尖晶石的催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料制备和污染处理领域，具体涉及一种新型碳基材料负载尖晶石的催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

进入21世纪以来，伴随中国工业的快速发展，污染问题日益严重，面对日益严苛的国家法规，以及人们日益增长的环保意识，污染处理迫在眉睫。过渡金属尖晶石结构，由于其具有较高的传递电子能力，在污染物处理中能够较好的促进污染物的氧化或还原，因此在水污染或者空气污染处理中应用较多，但是尖晶石结构的制备一般采用固溶体方式，其耗能高，所制备物质纯度不高品相不好，因此近年来有较多的学者研究温和方式制备尖晶石物质，其中使用较多的即为使用碱性溶液处理尖晶石前驱溶液，再采用高压合成的方式制备，该方式制备的尖晶石结构品相好，纯度高，因此得到了较为广泛的应用。近年来，在污染物处理领域发展起一种先吸附再消除的方式，即将污水或者烟气中浓度较低的污染物采用吸附剂进行吸附再利用微波催化的方式进行消除，但是尖晶石结构的孔结构以及表面性质不足以起到吸附剂的作用。

活性炭、活性焦和碳纳米管等碳基物质由于其具有优越的表面特性和较好的机械性能，在日常生活与科研中越来越多的应用于吸附领域。近年来有较多的研究倾向于碳基物质负载金属氧化物催化剂的研究，这些催化剂普遍集中于大气污染与水污染的治理中，而其制备过程多以易溶性金属盐浸渍碳基物质等方式，而单一金属盐或多种金属盐浸渍无法形成较为优越的晶体结构，所以使得效率并不是很高。尖晶石等结构需要在碱性条件或者熔融状态下才能形成，不利于在碳载体表面附着，因此如何将尖晶石物质负载到碳材料表面是该技术的难点与关键。

发明内容

为克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种新型碳基材料负载尖晶石的催化剂的制备方法，能够将尖晶石负载到碳材料表面，从而制备了碳基材料负载尖晶石的催化剂。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种新型碳基材料负载尖晶石的催化剂的制备方法，提供一种多孔碳材料，将所述多孔碳材料进行酸蚀处理和/或氧蚀处理，再将尖晶石结构或反尖晶石结构负载至酸蚀处理和/或氧蚀处理后的多孔碳材料上即得碳基材料负载尖晶石的催化剂。

本发明采用酸蚀处理以增加碳材料载体表面的酸性位，增加碳材料表面的微观缺损，以增加这部分的孤立电子，从而能够将尖晶石物质负载到碳材料表面。本发明采用氧蚀处理一方面可以增加载体的比表面积，优化孔结构，从而能够将尖晶石物质负载到碳材料表面；另一方面引入微观活性氧，提高负载后的催化剂的催化活性。

本发明中，所述的多孔碳材料为比表面积大、具有很强吸附能力的碳材料。例如活性炭、活性焦或碳纳米管的颗粒(粉末)等。

本发明中，所述的酸蚀处理为，将原料放置于酸溶液中进行加热处理。

本发明中，所述的氧蚀处理为，将原料置于一定浓度氧气的空气中进行加热处理。

本发明中，所述的尖晶石结构，其通式为AB₂O₄(其中，A代表一种金属元素的正二价离子，即A²⁺；B代表另一种金属元素的正三价离子，即B³⁺；O为氧元素的负二价离子，即O^2-)，其晶体属等轴晶系的氧化物矿物，该结构中O^2-离子作立方紧密堆积，A离子填充在四面体空隙中，B离子填充在八面体空隙中，即A²⁺离子为4配位，而B³⁺为6配位。

本发明中，所述的尖晶石结构，其通式为AB₂O₄(具体为B(AB)O₄，其中，A代表一种金属元素的正二价离子，B代表另一种金属元素的正三价离子，O为氧元素的负二价离子)，其晶体属等轴晶系的氧化物矿物，该结构中O^2-离子作立方紧密堆积，A离子填充在八面体空隙、而B离子一半填充于四面体空隙另一半填充于八面体空隙，即A²⁺为6配位，而一半B³⁺为6配位，另一半B³⁺为4配位。

优选的，所述酸蚀处理中的酸溶液为硝酸、硫酸或氢氟酸。

进一步优选的，所述酸溶液为硝酸。

优选的，所述酸蚀处理中酸溶液的酸浓度为0.1～5mol/L。

进一步优选的，所述酸浓度为2.5～3.5mol/L。

优选的，所述酸蚀处理中的处理温度为30～100℃。

进一步优选的，所述处理温度为75～85℃。

优选的，所述酸蚀处理的处理时间为0.5～3h。