[发明专利]一种负载型碳化钼/金属纳米颗粒复合催化剂及其制备方法和催化降解重金属铬的应用

说明书

本发明公开了一种负载型碳化钼/金属纳米颗粒复合催化剂及其制备方法和催化降解重金属铬的应用，首先利用高温热解法一步合成碳化钼/金属纳米颗粒均相粉末；然后将其与分散剂、载体前驱体加入到N,N‑二甲基甲酰胺中，固化成型后直接剥离即可得负载型碳化钼/金属纳米颗粒复合催化剂。本发明复合催化剂的活性中心分布均匀，碳化钼纳米颗粒未出现烧结或团聚的现象，金属离子浸出度小，负载型催化剂性能稳定，重复性优异，可高效催化还原六价铬，并将其转化为无毒的三价铬。

技术领域

本发明涉及一种负载型碳化钼/金属纳米颗粒复合催化剂及其制备方法和催化降解重金属铬的应用，属于复合材料技术领域。

背景技术

六价铬化合物广泛应用于制革、纺织品生产、印染、颜料以及汽车行业，对社会经济发展起到重要作用。但是部分工厂企业不合理地排放含铬废水则会引起严重的环境污染。六价铬是“三致”物质，严重危害人类及动植物健康，如何有效解决六价铬污染问题已成为当前的研究热点。

目前，去除水体中六价铬的方法主要有化学还原法、吸附法、离子交换法和膜分离法等。其中吸附法、离子交换法和膜分离等方法只是将六价铬从一相转移到另一相中，不仅不能从根本上去除六价铬，而且在后续的处理过程中极易产生二次污染。而化学还原法因其反应成本低、易于操作等优点得到越来越多的关注。在化学还原法中，利用贵金属基复合催化剂催化还原六价铬是最为常见的方法之一。Veerakumar等人(ACS SustainableChem.Eng.，2017，5：5302-5312)合成了一种在甲酸存在的条件下可高效催化还原六价铬的钯基复合催化剂。与金属单质、硫酸亚铁和硫化氢等还原剂相比，甲酸本身具有高活性、优异的溶解性和易降解性等特点，并且其来源广泛、价格低廉，加入一定量的甲酸不会对水体环境带来二次污染。但以钯为代表的贵金属资源稀少、价格昂贵，难以实现大规模的商业化生产。因此迫切需要寻找一种性能优异、含量丰富的材料来代替贵金属。

碳化钼作为一种典型的过渡金属碳化物，具有无毒、环境友好、易于制备等优点，而且具有类似于贵金属的催化性能，被誉为“类铂催化剂”，在工业催化领域有着广泛的应用。但纯碳化钼在高温制备过程中易于烧结和团聚，往往拥有很小的比表面积和很低的活性组分暴露度，从而降低其催化性能。为进一步拓宽碳化钼的使用范围，对其进行修饰改性显得尤为重要。现阶段，碳化钼的修饰改性分为两方面，一方面在于碳化钼本身的改性，主要体现为杂原子的掺杂和金属助剂的添加。靳广洲等人将硝酸镍和钼酸铵的水溶液按一定比例混合、搅拌、陈化、干燥，最后置于马弗炉中煅烧制得镍改性的碳化钼催化剂，并将其应用于二苯并噻吩加氢脱硫反应。结果表明，添加了镍助剂的碳化钼催化剂反应性能得到了显著提升，但由于未将其与载体前驱体结合，金属离子的浸出度较大。另一方面，则是利用各种载体前驱体设计负载型催化剂，提高碳化钼的分散度与活性表面。专利CN 106057489A公开了一种碳化钼/石墨烯/碳纳米纤维复合材料的制备方法，该制备方法首先利用静电纺丝技术制成聚丙烯腈纳米纤维，再经浸渍、水热和高温碳化等步骤在碳纳米纤维上原位生长碳化钼纳米球。专利CN 101829588 A以有机-无机杂化的氧化钼-聚苯胺为前驱体，将其分散在水与乙醇的混合溶液中，与载体前驱体混合后经高温煅烧得到负载型催化剂。在这两种方法中，复合催化剂均具有较大的比表面积，表面积碳较少，但由于未对碳化钼进行改性，导致碳化钼与各类载体前驱体的相容性不佳，复合催化剂的重复使用性能较差。

综上所述，利用新的方法制备具有类贵金属性能，并可以方便简洁地对其进行修饰的负载型碳化钼复合催化剂具有十分重要的意义。本发明采用原位控制合成法制备负载型碳化钼/金属纳米颗粒复合催化剂，合成工艺简单成熟，危险性低。将该复合催化剂应用于含铬水体的处理，表现出较高的催化活性和突出的催化寿命。本发明方法在复合碳化钼催化剂的制备上体现了优势，具有较大的开发潜力和广阔的应用前景。

发明内容

为了避免上述现有技术所存在的不足之处，本发明旨在提供一种负载型碳化钼/金属纳米颗粒复合催化剂及其制备方法和催化降解重金属铬的应用。