一種耐高溫抗結焦負載型金納米催化劑的製備方法與流程

2023-09-14 22:52:51

本發明專利涉及一種化工產品製備技術領域，特別涉及一種利用水草或藻類植物製備耐高溫抗結焦負載型金納米催化劑的工藝方法。

背景技術：

利用生物質來還原製備不同形貌和粒度的納米顆粒，作為近年來興起的一種環境友好的納米材料製備方法，得到了研究者們的廣泛青睞，是一種有巨大潛力的替代傳統化學法和物理法製備金納米的有效方法。生物法的明顯優勢在於其利用了大自然中大量廉價易得的生物質資源，還原條件溫和(一般處於室溫條件)，製備過程中無需另外添加除了金屬前驅體之外的化學試劑，較之於依賴純的化學試劑充當還原劑和保護劑的化學法，生物法具有明顯的環保以及經濟優勢。生物還原法主要分為微生物還原法和植物還原法。但是微生物菌體培養周期較長，培養條件較為苛刻，反應速率較慢，納米顆粒與微生物的分離比較麻煩，因此利用植物來進行生物還原法製備金納米更為方便且原材料經濟易得。

金納米顆粒在新興的納米科學和納米技術領域具有突出的表現，使它在實際應用方面出現了質的飛躍。比如，納米粒子的多種組合在材料科學方面具有很好的應用前景，而單個金納米粒子的小尺寸效應、量子效應、光電等方面的作用，使其被廣泛的應用與生物、催化等領域。金納米粒子的這些性能使它成為了二十一世紀最重要的一種新型材料。當前關於金納米顆粒應用的研究正日趨火熱。從理論上分析，由於金納米顆粒處了具有納米級顆粒具有的一些特性之外，還具有等離子共振效應、螢光特性等一些其獨有的性質，蘊藏著的廣闊的開發潛力。

但是由於金納米顆粒表面缺少鄰近的配位原子，是以具有很高的表面活性，這就導致了納米級尺寸的金顆粒在高溫時特別容易發生團聚現象，這將導致金納米顆粒在實際應用中受到極大的限制。目前研究者們嘗試了多種納米結構，例如自動分散納米催化劑，空球結構，合金納米，核殼結構等。但是這些方法的成本相對較高，製備工藝方法複雜。

植物還原法製備的金納米具有優良的穩定性。例如，利用側柏葉提取液還原製備的金納米，在高溫下比化學法製備得到的金納米催化劑具有更好的穩定性，因此其可在300℃溫度下催化丙烯氣相環氧化制環氧丙烷反應，維持較好的穩定性，極大地提高了反應的活性。但是一些反應的溫度較高，溫度升高，金納米依然存在高溫團聚的問題。

技術實現要素：

本發明的目的：在於提出一種利用藻類或水草製備耐高溫負載型金納米催化劑的工藝方法，該種金納米催化劑具備耐高溫特性，可在700攝氏度高溫度下不發生團聚或燒結，保持催化能力。

為實現本發明專利之目的，擬採用以下技術方案：

一種耐高溫抗結焦負載型金納米催化劑的製備方法；其特徵是將藻類或水生植物，加入到金前驅體溶液中吸附還原反應；將藻類或水生植物取出，進行脫水處理，並置於隔絕氧氣的反應器進行乾餾，在反應器內升溫到600～700℃；然後自然冷卻至室溫，獲得黑色粉末狀固體催化劑。

優選條件如下：

藻類或水生植物為藍藻、綠藻、紅藻、褐藻、菹草或茨藻。

金前驅體為氯金酸。

藻類或水生植物與氯金酸的質量比為20:1～100:1。

脫水處理條件是在100℃乾燥2小時。

反應器內升溫數率是10℃/分鐘。

600～700℃保持溫度2～10小時後，自然冷卻至室溫。

本發明與現有技術比較的特點：利用藍藻、綠藻等藻類或者菹草、茨藻等水生植物還原吸附金離子並經高溫乾餾後製備的負載型金納米催化劑與現有技術製備的金納米催化劑相比，具有抗結焦、耐高溫的優點，在700攝氏度下不發生結焦、團聚，實現了金納米催化劑在700攝氏度高溫環境下用於催化的可行性，且該方法綠色、無汙染、有較好經濟效益。

附圖說明

圖1：M圖乾燥的負載了金納米的茨藻SEM圖。

圖2：是負載了金納米的茨藻在600℃下高溫烘焙4小時後的SEM圖。

具體實施方式

下面通過具體實施例對本發明做進一步詳細說明，但本發明不限於此。

實施例1：

先將100g藍藻置於1L含有5g氯金酸的水溶液中，攪拌或振蕩3小時後，通過過濾裝置或通過收集水體表面懸浮物的方法實現對吸附了重金屬離子的藍藻的回收。而後，將收集到的吸附了金的藍藻在100℃乾燥2小時，隨後將這些乾燥的藍藻放入管式反應器內，並持續通入氮氣或惰性氣體，以除去反應器內存留的空氣。以10℃/分鐘的升溫速率逐漸提高反應器內的溫度直至600℃，保持此溫度4小時後，使反應器自然冷卻至室溫，收集反應器內的殘留固體，即為耐高溫負載型金納米催化劑。

實施例2：

按實施例1的方法得到乾燥的附有金的藍藻，不同的是，將100g藍藻置於1L含有1g氯金酸,在反應器內的溫度為700℃，保持此溫度2小時。

實施例3：

按實施例1的方法得到乾燥的附有金的藍藻，不同的是，將100g藍藻置於1L含有2.5g氯金酸,在反應器內的溫度為650℃，保持此溫度10小時。

實施例4：

先將100g綠藻置於1L含有5g氯金酸的水溶液中，攪拌或振蕩3小時後，通過過濾裝置或通過收集水體表面懸浮物的方法實現對吸附了重金屬離子的綠藻的回收。而後，將收集到的吸附了金的綠藻在100℃乾燥2小時，隨後將這些乾燥的綠藻放入管式反應器內，並持續通入氮氣或惰性氣體，以除去反應器內存留的空氣。以10℃/分鐘的升溫速率逐漸提高反應器內的溫度直至600℃，保持此溫度4小時後，使反應器自然冷卻至室溫，收集反應器內的殘留固體，即為耐高溫負載型金納米催化劑。

實施例5：

按實施例4的方法得到乾燥的附有金的綠藻，不同的是，將100g綠藻置於1L含有1g氯金酸,在反應器內的溫度為700℃，保持此溫度2小時。

實施例6：

按實施例1的方法得到乾燥的附有金的綠藻，不同的是，將100g綠藻置於1L含有2.5g氯金酸,在反應器內的溫度為650℃，保持此溫度10小時。

實施例7：

先將100g茨藻置於1L含有5g氯金酸的水溶液中，攪拌或振蕩3小時後，通過過濾裝置或通過收集水體表面懸浮物的方法實現對吸附了重金屬離子的茨藻的回收。而後，將收集到的吸附了金的茨藻在100℃乾燥2小時，隨後將這些乾燥的茨藻放入管式反應器內，並持續通入氮氣或惰性氣體，以除去反應器內存留的空氣。以10℃/分鐘的升溫速率逐漸提高反應器內的溫度直至600℃，保持此溫度4小時後，使反應器自然冷卻至室溫，收集反應器內的殘留固體，即為耐高溫負載型金納米催化劑。

實施例8：

按實施例4的方法得到乾燥的附有金的茨藻，不同的是，將100g茨藻置於1L含有1g氯金酸,在反應器內的溫度為700℃，保持此溫度2小時。

實施例9：

按實施例1的方法得到乾燥的附有金的茨藻，不同的是，將100g茨藻置於1L含有2.5g氯金酸,在反應器內的溫度為650℃，保持此溫度10小時。

以實施例7對該催化劑進行評價。圖1是乾燥的負載了金納米的茨藻SEM圖，金納米的平均粒徑為73.18nm，分散性較好。圖2是負載了金納米的茨藻在600℃下敢問烘焙4小時後的SEM圖，金納米的平均粒徑為74.22nm，從圖中可以看出，負載型催化劑在高溫下沒有發生團聚或者燒結現象。說明該種利用生物還原法得到的負載型金納米催化劑具有耐高溫抗結焦的優良性能。