[发明专利]一种BC/CNT/MPc三元复合催化剂及其合成方法

说明书

本发明公开了一种BC/CNT/MPc三元复合催化剂及其合成方法。合成方法是：将超声处理的碳纳米管分散液和氨基磺酸基金属酞菁溶液加入到细菌纤维素基础培养基中，由木醋杆菌静态培养，所得产物用盐酸溶液、氢氧化钠溶液和超纯水清洗，制得导电型细菌纤维素/碳纳米管/金属酞菁三元复合催化剂。所述的碳纳米管是多壁碳纳米管，表面含有2％的羧基；所述的碳纳米管分散液由表面活性剂实现分散，表面活性剂是十二烷基苯磺酸钠和十六烷基三甲基溴化铵中的一种或两种；使用的金属酞菁为氨基磺酸基金属酞菁；采用本发明的技术方案制备的细菌纤维素/碳纳米管/金属酞菁三元复合催化剂导电性能良好，且具有设备简单、工艺简便和易于操作等优点。

技术领域

本发明涉及一种电导型细菌纤维素/碳纳米管/金属酞菁(BC/CNT/MPc)三元复合催化剂的原位合成方法，属于材料、化学与化工领域。

背景技术

金属酞菁(简写为MPc)是由四个对称的异吲哚单元通过亚胺桥键连接而成的18π电子共轭大环化合物，环内有一空穴，可以容纳元素周期表中的大多数元素。同时，金属酞菁外环的苯环上的氢原子可以被多种取代基取代。通过改变中心金属和外环取代基的种类，可以获得具有不同物理和化学性质的金属酞菁衍生物。金属酞菁特殊的结构导致其具有如下特征：(1)π电子在整个大环上共轭，且整个共轭分子呈现高度的平面性，各类氧化或还原催化反应可在该平面的轴向位置发生；(2)金属酞菁芳香环同时具有给电子特性和受电子特性；(3)金属酞菁化合物的化学性质相当稳定，耐常见的酸、碱和各种有机溶剂。因此，金属酞菁可作为催化剂用于催化氧化、还原、脱羧和羟基化等多种类型的反应。由于金属酞菁独特的平面结构，使得分子之间极易缔合形成低活性的二聚体或多聚体。在实际使用过程中，常将金属酞菁负载于各种固相载体材料制备负载型异相催化剂来减少金属酞菁分子之间的聚集。目前常用的负载型金属酞菁制备路线较为复杂、反应条件苛刻、后处理过程繁琐。另一方面，金属酞菁的催化反应活性高度依赖于反应过程中的电子转移效率，如果可以提高异相催化剂的电导率，提高金属酞菁的电子传输性能，可以有效提高其催化反应活性。因此，需要提供一种制备方法简单、反应条件温和且具有良好电导性能的负载型金属酞菁复合催化剂制备方法。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的负载型金属酞菁制备路线较为复杂、反应条件苛刻等不足，同时为了提高负载型金属酞菁催化剂的电子传输性能，提供一种具有良好电导性能，且制备方法简单、反应条件温和的负载型金属酞菁复合催化剂及其制备方法。

本发明涉及一种电导型细菌纤维素/碳纳米管/金属酞菁(BC/CNT/MPc)三元复合催化剂，由细菌纤维素/碳纳米管复合材料和原位负载在细菌纤维素/碳纳米管复合材料上的金属酞菁组成。细菌纤维素/碳纳米管复合材料通过在生物合成细菌纤维素的过程中引入碳纳米管获得。

优选地，碳纳米管在BC/CNT/MPc三元复合催化剂中所占的质量分数为0.5％-25％，金属酞菁在BC/CNT/MPc三元复合催化剂中所占的质量分数为0.5％-20％。

上述BC/CNT/MPc三元复合催化剂的合成方法，具体步骤如下：

步骤一、称取葡萄糖、蛋白胨、酵母浸膏和无水乙醇，溶解于超纯水中，获得备用细菌纤维素基础培养基；

步骤二、称取碳纳米管置于超纯水中，再加入表面活性剂，水浴超声处理，得到碳纳米管分散液；

步骤三、称取氨基磺酸基金属酞菁，溶解于超纯水中，得到氨基磺酸基金属酞菁溶液；

步骤四、将步骤二所得碳纳米管分散液和步骤三所得氨基磺酸基金属酞菁溶液加入到步骤一所得备用细菌纤维素基础培养基中，搅拌分散均匀，得到混合培养基；对混合培养基进行灭菌后，加入木醋杆菌；

步骤五、将步骤四所得含有木醋杆菌的混合培养基水浴超声处理，并静态培养，静态培养过程中每隔预设时长进行一次水浴超声处理。

步骤六、将步骤五所得产物过滤并清洗，得到BC/CNT/MPc复合催化剂。