[发明专利]钴/六方氮化硼复合核壳结构纳米催化剂及其制备与应用

说明书

本发明公开了一种钴/六方氮化硼复合核壳结构纳米催化剂Co@BN及其制备方法和应用，属于材料制备和环境净化技术领域。所述复合纳米催化剂是采用氨气一次常压高温焙烧法，制得的以六方氮化硼包裹钴纳米颗粒形成的核壳结构纳米催化剂。所得催化剂具有大比表面积和高活性位点，可用于高效催化还原硝基化合物，且其具有磁性，易回收再利用，能够有效解决传统金属纳米催化剂不稳定、易团聚等问题。本发明制备方法简单，原料廉价易得，有利于大规模的工业生产，具备显著的经济和社会效益。

技术领域

本发明属于材料制备和环境净化技术领域，具体涉及一种钴/六方氮化硼复合核壳结构纳米催化剂Co@BN及其制备方法和应用。

背景技术

随着我国化学工业的发展，工业废水也在不断地增加，其中含硝基化合物的废水也是有害化工废水之一。如何有效地处理含硝基化合物的废水，对环境保护有着重要的意义。在目前众多的处理硝基化合物废水手段（如生化法、吸附法、液膜法、化学氧化法和催化法）中，催化还原硝基化合物技术由于成本低、反应条件相对温和以及还原产物用途广泛等优点成为一种比较理想的环境治理技术。目前，催化还原硝基化合物技术研究主要集中于贵金属纳米催化，但是贵金属稀缺昂贵，不利于广泛应用。过渡金属钴含量丰富、廉价易得，是一种广泛使用的催化材料。同时，纳米尺寸的金属催化剂由于比表面大、表面活性中心多，因此展现非常好催化性能。但是纳米尺寸的金属粒子由于高表面能容易导致粒子之间的团聚，从而降低了催化剂的催化性能。因此开发具有较高稳定性和活性的催化剂对还原硝基化合物及其废水的治理有重大的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钴/六方氮化硼复合核壳结构纳米催化剂Co@BN及其制备方法和应用，所得催化剂具有高比表面积，适用于高效催化还原硝基化合物，且其具有磁性，易回收再次利用，可解决传统金属纳米催化剂不稳定、易团聚等问题，同时其制备方法简单，原料廉价易得，有利于大规模的工业生产，具备显著的经济和社会效益。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种钴/六方氮化硼复合核壳结构纳米催化剂，其是以六方氮化硼包裹钴纳米颗粒形成所述核壳结构，所得催化剂具有大的比表面积和高的活性位点。

所述钴/六方氮化硼复合核壳结构纳米催化剂是采用氨气一次常压高温焙烧法进行制备；其具体操作为：将氧化硼、尿素和硝酸钴按质量比10:20:0.3、10:20:3、10:20:6或10:20:12混合，研磨成粉末，然后置于刚玉瓷舟里，再放入卧式高温管式炉中，在氨气气氛的保护下，以5℃/min的速度升温到1250℃，保持5h，所得产物取出后经研磨，即得所述钴/六方氮化硼复合核壳结构纳米催化剂。

所述的钴/六方氮化硼复合核壳结构纳米催化剂适用于硝基化合物的催化还原。

本发明的有益效果在于：

（1）本发明首次制备获得一种Co@BN核壳结构，其利用六方氮化硼包裹钴纳米颗粒，可使钴纳米粒子得到长期保存。

（2）本发明在氨气气氛下，经一步高温焙烧制备所述钴/六方氮化硼复合核壳结构纳米催化剂，该制备方法具有很好的可控性和重复性，制备过程简单、低环境污染，有利于大规模的工业生产。

（3）本发明所得复合核壳结构纳米催化剂Co@BN能高效催化还原硝基化合物，同时具有良好的活性稳定性，且其具有磁性，重复利用率高，具有很高的实用价值和应用前景。

附图说明

图1为实施例1-4制备的具有不同钴含量的钴/六方氮化硼复合核壳结构纳米催化剂的XRD图。

图2为实施例1-4制备的具有不同钴含量的钴/六方氮化硼复合核壳结构纳米催化剂的FTIR图。

图3为实施例1-4制备的具有不同钴含量的钴/六方氮化硼复合核壳结构纳米催化剂的Raman图。