一种磁性复合氧化镍催化剂的制备方法

摘要

本发明公开一种磁性复合氧化镍催化剂的制备方法。依次包括如下步骤：在恒温水浴条件下，FeCl2溶液中滴加双氧水和NaOH稀溶液，搅拌后转入高压釜中，继续反应，自然冷却到室温，得到固体沉淀物，将其加入到十二烷基苯磺酸钠溶液中，得到磁性有机水滑石。将(3‑氨基丙基)三乙氧基硅烷、水杨醛和六水合氯化镍按摩尔比1：1：1的量制成形成溶液，加入磁性有机水滑石，形成含镍有机配合物柱撑水滑石；将含镍有机配合物柱撑水滑石置于马弗炉中，400～550℃下焙烧6～8h，其中的碳氮等元素转化为气体溢出，形成孔道，得到磁性协同氧化镍催化剂。该结构有利于吸附还催化污染物，同时有利于分离。

权利要求

1.一种磁性复合氧化镍催化剂的制备方法，其特征是依次包括如下步骤：

1)将FeCl2溶解到水中，配置为浓度为2～3mol/L的溶液，取500mL该溶液，将其中置于恒温70～80℃水浴中，同时滴加质量分数30％的双氧水2～4mL和一定量的NaOH稀溶液，保持pH值为12～13，反应2～3h，转入高压釜中，在1h内升温到150～180℃，继续反应4～8h，自然冷却到室温，在该过程中形成具有层状结构的沉淀，沉淀分离，去离子水洗2～3遍；

2)将沉淀得到的固体加入到浓度为2～4mol/L的十二烷基苯磺酸钠溶液中，固液比为

1：10～1：50，在50～80℃水浴中搅拌2～8h，磁场分离后用去离子水洗涤2～3遍，70～90℃烘干，得到磁性有机水滑石；

3)将(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷、水杨醛和六水合氯化镍按摩尔比1：1：1的量各2～

4mol加入到20～40mL乙醇中形成溶液，在20～35℃下反应6～8h，加入磁性有机水滑石，搅拌2～4h、沉淀分离，反应生成的含镍有机配合物在分配作用下，形成含镍有机配合物柱撑水滑石；

4)将含镍有机配合物柱撑水滑石置于马弗炉中，400～550℃下焙烧6～8h，其中的碳氮等元素转化为气体溢出，形成孔道，得到磁性复合氧化镍催化剂。

说明书

一种磁性复合氧化镍催化剂的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及环境污染控制新材料的开发，尤其涉及一种磁性复合氧化镍催化剂的制备方法。

背景技术

[0002] 水滑石类化合物(LDHs)是由层间阴离子及带正电荷层板堆积而成的化合物。水滑石化学结构通式为：[M2+1-xM3+x(OH)2]x+[(An-)x/n·mH2O]，其中M2+和M3+分别为位于主体层板上的二价和三价金属阳离子，如Mg2+、Ni2+、Zn2+、Mn2+、Cu2+、Co2+、Pd2+、Fe2+等二价阳离子和Al3+、Cr3+、Co3+、Fe3+等三价阳离子均可以形成水滑石；An–为层间阴离子，可以包括无机阴离子，3+ 2+ 3+
有机阴离子，配合物阴离子、同多和杂多阴离子；x为M /(M +M )的摩尔比值，大约是4:1到
2:1；m为层间水分子的个数。其结构类似于水镁石Mg(OH)2，由八面体共用棱边而形成主体层板。位于层板上的二价金属阳离子M2+可以在一定的比例范围内被离子半价相近的三价金属阳离子M3+同晶取代，使得层板带正电荷，层间存在可以交换的的阴离子与层板上的正电荷平衡，使得LDHs的整体结构呈电中性。层间的阴离子可被交换，经过一系列改性，水滑石材料可以得到许多种性能各异的物质。

[0003] 通过离子交换等方式把一些化合物引入层间域，形成分子级别的支柱，制成的一类孔径大、分布规则的新型分子水平复合材料，具有吸附、转化有机分子的特点。水滑石品种多，支柱化合物的可调性，改性后的粘土材料孔径大小、吸附性质等可以人为加以控制，因此可以根据用途的不同来进行材料制备，在石油化工、环境保护等诸多领域有广泛应用前景。

[0004] 过渡金属氧化物大多具有优良的电学和光学特性,也具有优异的催化性能。纳米氧化镍是一种重要的功能材料,由于尺寸与形貌的独特性,其在涂饰、催化、电容电极、光吸收、气敏传感等工业领域中都有着重要的应用。根据对纳米材料的形貌与尺寸的不同要求,人们采用各种方法制备出了氧化镍的纳米颗粒、纳米棒、纳米线、纳米纤维、纳米片。但纳米材料在使用的过程中有其固有的缺点即：易团聚，因此需要将其负载于载体表面以获得最佳的使用效果。

[0005] 氧化镍催化剂应用较广，在催化氧化一些难降解的污染物方面也有较好的应用前景，比如：在室温下催化氧化甲醛、催化氧化环己烷等有机物。但没有合适的载体，氧化镍的用量大，效率低；有研究用碳纳米管或γ-Al2O3，但这些材料价格相对昂贵。

[0006] 催化作用后存在分离困难的问题，如果要分离干净，需要经过多个步骤，费时费力。

发明内容

[0007] 本发明的目的是为克服现有技术中氧化镍结构单一的不足，提供一种磁性复合氧化镍催化剂的制备方法。

[0008] 本发明采用的技术方案是依次包括如下步骤：

[0009] 1)将FeCl2溶解到水中，配置为浓度为2～3mol/L的溶液，取500mL该溶液，将其中置于恒温70～80℃水浴中，同时滴加质量分数30％的双氧水2～4mL和一定量的NaOH稀溶液，保持pH值为12～13，反应2～3h，转入高压釜中，在1h内升温到150～180℃，继续反应4～8h，自然冷却到室温，在该过程中形成具有层状结构的沉淀，沉淀分离，去离子水洗2～3遍；

[0010] 2)将沉淀得到的固体加入到浓度为2～4mol/L的十二烷基苯磺酸钠溶液中，固液比为1：10～1：50，在50～80℃水浴中搅拌2～8h，磁场分离后用去离子水洗涤2～3遍，70～90℃烘干，得到磁性有机水滑石。

[0011] 3)将(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷、水杨醛和六水合氯化镍按摩尔比1：1：1的量各2～4mol加入到20～40mL乙醇中形成溶液，在20～35℃下反应6～8h，加入磁性有机水滑石，搅拌2～4h、沉淀分离，反应生成的含镍有机配合物在分配作用下，形成含镍有机配合物柱撑水滑石；

[0012] 4)将含镍有机配合物柱撑水滑石置于马弗炉中，400～550℃下焙烧6～8h，其中的碳氮等元素转化为气体溢出，形成孔道，得到磁性复合氧化镍催化剂。

[0013] 本发明的优点是：部分二价铁离子被双氧水氧化生成的三价铁，二价离子和生成的三价离子在70～80℃水浴中碱的作用下，产生磁性共沉淀，形成片层水滑石结构，再在片层间交换入表面活性剂，使其表面由疏水性转变为亲水性，植入相应的镍化合物，最后经过煅烧，烧去C、N等物质，得到具有磁性的多孔氧化镍材料。铁镍掺杂，协同作用，促进催化效果。

具体实施方式

[0014] 以下进一步提供本发明的3个实施例：

[0015] 实施例1

[0016] 将FeCl2溶解到水中，配置为浓度为3mol/L的溶液，取500mL该溶液，将其中置于恒温75℃水浴中，同时滴加质量分数30％双氧水3mL和一定量的NaOH稀溶液，保持pH值为13，反应3h，转入高压釜中，在1h内升温到180℃，继续反应8h，自然冷却到室温，在该过程中形成具有层状结构的沉淀，沉淀分离，去离子水洗3遍；将沉淀得到的固体加入到浓度为3mol/L的十二烷基苯磺酸钠溶液中，固液比为1：20，在80℃水浴中搅拌8h，磁场分离后用去离子水洗涤3遍，90℃烘干，得到磁性有机水滑石。将(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷、水杨醛和六水合氯化镍按摩尔比1：1：1的量各4mol加入到40mL乙醇中形成溶液，在35℃下反应8h，加入磁性有机水滑石，搅拌4h、沉淀分离，反应生成的含镍有机配合物在分配作用下，形成含镍有机配合物柱撑水滑石；将含镍有机配合物柱撑水滑石置于马弗炉中，550℃下焙烧7h，其中的碳氮等元素转化为气体溢出，形成孔道，得到磁性复合氧化镍催化剂。

[0017] 采用U形管(内径4mm)连续流动反应评价装置，称量100mg合成得到的磁性复合氧化镍催化剂放置管中，并在管口处设置一磁场，调节空气的流速为20mL/min，空气流动带动甲醛气体进入U形管反应器中，每小时流过每升催化剂的气体体积(即空速)为6000h-1。在30℃条件下，该催化剂降解浓度为200ppm的甲醛气体，降解率为82.5％。

[0018] 实施例2

[0019] 将FeCl2溶解到水中，配置为浓度为3mol/L的溶液，取500mL该溶液，将其中置于恒温80℃水浴中，同时滴加质量分数30％双氧水4mL和一定量的NaOH稀溶液，保持pH值为13，反应3h，转入高压釜中，在1h内升温到180℃，继续反应8h，自然冷却到室温，在该过程中形成具有层状结构的沉淀，沉淀分离，去离子水洗3遍；将沉淀得到的固体加入到浓度为4mol/L的十二烷基苯磺酸钠溶液中，固液比为1：50，在80℃水浴中搅拌8h，磁场分离后用去离子水洗涤3遍，90℃烘干，得到磁性有机水滑石。将(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷、水杨醛和六水合氯化镍按摩尔比1：1：1的量各4mol加入到40mL乙醇中形成溶液，在35℃下反应8h，加入磁性有机水滑石，搅拌4h、沉淀分离，反应生成的含镍有机配合物在分配作用下，形成含镍有机配合物柱撑水滑石；将含镍有机配合物柱撑水滑石置于马弗炉中，550℃下焙烧8h，其中的碳氮等元素转化为气体溢出，形成孔道，得到磁性复合氧化镍催化剂。

[0020] 采用U形管(内径4mm)连续流动反应评价装置，称量100mg合成得到的磁性复合氧化镍催化剂放置管中，并在管口处设置一磁场，调节空气的流速为20mL/min，空气流动带动甲醛气体进入U形管反应器中，每小时流过每升催化剂的气体体积(即空速)为6000h-1。在30℃条件下，该催化剂降解浓度为200ppm的甲醛气体，降解率为81.5％。

[0021] 实施例3

[0022] 将FeCl2溶解到水中，配置为浓度为2mol/L的溶液，取500mL该溶液，将其中置于恒温70℃水浴中，同时滴加质量分数30％双氧水2mL和一定量的NaOH稀溶液，保持pH值为12，反应2h，转入高压釜中，在1h内升温到150℃，继续反应4h，自然冷却到室温，在该过程中形成具有层状结构的沉淀，沉淀分离，去离子水洗2遍；将沉淀得到的固体加入到浓度为2mol/L的十二烷基苯磺酸钠溶液中，固液比为1：10，在50℃水浴中搅拌2h，磁场分离后用去离子水洗涤2遍，70℃烘干，得到磁性有机水滑石。将(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷、水杨醛和六水合氯化镍按摩尔比1：1：1的量各2mol加入到20mL乙醇中形成溶液，在20℃下反应6h，加入磁性有机水滑石，搅拌2h、沉淀分离，反应生成的含镍有机配合物在分配作用下，形成含镍有机配合物柱撑水滑石；将含镍有机配合物柱撑水滑石置于马弗炉中，400℃下焙烧6h，其中的碳氮等元素转化为气体溢出，形成孔道，得到磁性复合氧化镍催化剂。

[0023] 采用U形管(内径4mm)连续流动反应评价装置，称量100mg合成得到的磁性复合氧化镍催化剂放置管中，并在管口处设置一磁场，调节空气的流速为20mL/min，空气流动带动甲醛气体进入U形管反应器中，每小时流过每升催化剂的气体体积(即空速)为6000h-1。在30℃条件下，该催化剂降解浓度为200ppm的甲醛气体，降解率为82.7％。