[发明专利]碳包覆镍铝的纳米复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种碳包覆镍铝的纳米复合材料及制备方法和应用，该纳米复合材料含具有壳层和内核的核壳结构，壳层为石墨化碳层，内核包括单质镍和氧化铝；以纳米复合材料的总重量为基准，碳含量为1％～8％，单质镍含量为65％～85％，氧化铝含量为15％～34％。该纳米复合材料作为催化剂可有效催化分解一氧化二氮，有助于解决己二酸厂和硝酸厂等生产过程中产生的高浓度N₂O废气的消除问题，对于保护环境、减少大气污染具有重要意义，具有良好的工业应用前景。

技术领域

本发明涉及催化及环保技术领域，具体涉及一种碳包覆镍铝的纳米复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

磁性金属镍纳米颗粒由于具有优异的光学、电学、磁学性能而受到广泛关注。但金属镍纳米颗粒活性高，容易发生团聚或被氧化甚至在空气中燃烧，大大影响了这类材料的性能及其应用。与此同时，作为非金属材料，纳米碳材料具有耐酸碱腐蚀、化学性质稳定等优点。近年来，纳米碳包覆金属复合材料成为了人们关注的热点。这类材料由单层至数层弯曲石墨化碳层为壳紧密包裹内核的金属纳米粒子，将纳米粒子与外界进行隔绝，大大提高了复合材料的稳定性。因此，这种独特的核壳结构纳米材料在催化材料、吸波材料、信息存储材料、磁光材料、生物医学材料，以及润滑油添加剂等领域有着广阔的应用前景。

一氧化二氮(N₂O),又名笑气，是一种重要的温室气体，其全球增暖潜能(GWP)是CO₂的310倍，CH₄的21倍；此外，N₂O在大气中的平均寿命约为150年，也是平流层中NOx的主要来源，不仅能严重破坏臭氧层，而且具有很强的温室效应。

国内生产己二酸主要采用环己醇硝酸氧化法，环己醇经硝酸氧化生产己二酸，该方法技术成熟，产品收率和纯度都比较高，但是硝酸用量大，在反应过程中生产大量N₂O，且生产过程中排放的尾气集中、数量大、浓度高(36％～40％)。目前，采用环己醇硝酸氧化法年产15万吨己二酸，N₂O的年排放量可达4.5万吨。因此，净化己二酸装置的尾气，有效控制和消除N₂O已成为目前环境催化领域中的研究热点。

直接催化分解法可将N₂O分解为氮气和氧气，是消除N₂O最为有效和清洁的技术。其中，催化剂是直接催化分解法的技术核心。目前研究报道的分解N₂O的催化剂主要有贵金属催化剂、离子交换的分子筛类催化剂和过渡金属氧化物催化剂。贵金属催化剂(如Rh和Ru)对N₂O催化分解具有较高的低温催化活性(250℃～350℃范围，可高效分解N₂O)，但昂贵的价格限制了贵金属催化剂的大规模应用。分子筛类催化剂和过渡金属氧化物催化剂的价格明显低于贵金属，但是目前这两类催化剂对N₂O催化分解的活性偏低，高效分解的温度范围在450℃～550℃，且分解时需要将高浓度笑气稀释至0.5％～2％的浓度左右才可以进行，大大提高了工业成本。

因此，开发成本低、活性高的催化剂，是N₂O减排领域亟待解决的问题。

需注意的是，前述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本发明的背景理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种碳包覆镍铝的纳米复合材料及制备方法和应用，该纳米复合材料包含具有石墨化碳层外壳和镍及氧化铝内核的核壳结构，其作为催化剂可有效催化分解一氧化二氮，有助于解决己二酸厂和硝酸厂等生产过程中产生的高浓度N₂O的消除问题，对于保护环境、减少大气污染具有重要意义，具有良好的工业应用前景。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：