CN104324757A - 一种核壳型碳包覆纳米铜催化剂的快速制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种核壳型碳包覆纳米铜催化剂的快速制备方法，是针对碳酸二甲酯催化剂合成的弊端，采用乙酸铜、无水乙醇、甲醛、去离子水、盐酸为原料，经配制溶液、溶剂热合成、酸液浸泡、清洗、干燥，制成核壳型碳包覆纳米铜催化剂，此制备方法工艺先进，速度快、成本低，产物为粉末，颗粒直径≤400nm，产物纯度好，达98.5%，催化性能稳定可靠，是十分理想的核壳型碳包覆纳米铜催化剂的快速制备方法。

Description

一种核壳型碳包覆纳米铜催化剂的快速制备方法
技术领域
本发明涉及一种核壳型碳包覆纳米铜催化剂的快速制备方法，属碳基复合材料制备及应用的技术领域。
背景技术
碳酸二甲酯是一种新型化工原料，为非毒性化学品，具有很好的应用前景。在碳酸二甲酯的合成工艺中，甲醇气相氧化羰基化法以甲醇、CO和O2为原料，以炭基负载纳米铜为催化剂，生产成本低，产物选择性高，是一种以煤为原料的绿色化工路线，例如CN103709040A、CN102872879A专利均采用此方法；但由于高度分散的铜纳米晶体表面能高，在反应过程中易发生团聚，从而导致铜活性物失活，极大地影响了催化性能。
核壳结构纳米材料为一种新型功能化材料，具有高稳定性，良好界面性能，以碳为壳层的纳米囊可增强铜纳米粒子的化学稳定性和热稳定性，可克服团聚和氧化，例如CN103599781A专利采用葡萄糖、油酸钠、己烷制备，但该制备过程原料繁多、工艺复杂，存在较多弊端，达不到使用效果。
发明内容
发明目的
本发明的目的是针对背景技术的状况，提供一种快速合成方法，以无水乙醇、醋酸铜、甲醛为原料，经配制溶液、溶剂热合成，快速制成核壳型碳包覆纳米铜催化剂。
技术方案
本发明使用的化学物质材料为：乙酸铜、无水乙醇、甲醛、去离子水、盐酸，其组合准备用量如下：以克、毫升为计量单位
制备方法如下：
⑴、精选化学物质材料
对制备使用的化学物质材料进行精选，并进行质量纯度、浓度控制：
⑵、溶剂热合成制备核壳型碳包覆纳米铜
核壳型碳包覆纳米铜的制备是在反应釜内进行的，是在加热炉加热、化合反应过程中完成的；
①配制反应液，称取乙酸铜8g±0.01g，量取无水乙醇40mL±0.01mL、甲醛3mL±0.01mL，加入不锈钢容器中；
②搅拌，用磁力搅拌器搅拌不锈钢容器中的溶液，搅拌时间240min，成混合溶液；
③溶剂热合成，将盛有混合溶液的不锈钢容器置于反应釜中，并密闭；
④将反应釜置于电阻加热炉中，进行溶剂热合成；电阻加热炉升温速率为10℃/min，快速升温至400℃±2℃，在此温度恒温保温反应8h；
混合溶液在密闭、加热过程中将发生化学反应，反应方程式如下：
当温度升至100℃时，乙酸铜脱水，温度升至300℃时，在无水乙醇辅助条件下，乙酸铜热分解，生成Cu2O纳米粒子，当温度升至300-400℃时,Cu2O在甲醛作用下原位还原成Cu纳米粒子；有机前驱体的原位碳化生成碳，生成的碳沉积在Cu纳米粒子表面，形成核壳型碳包覆纳米铜CuC；
⑤溶剂热合成后，停止加热，使反应釜随炉冷却至25℃；
⑶、离心分离
开釜，取出不锈钢容器内的混合溶液，置于离心机的离心管内，进行离心分离，离心分离转数8000r/min，分离时间10min，分离后留存沉淀物，弃去上清液；
⑷、洗涤，分离
①将沉淀物置于烧杯中，加入去离子水100mL，搅拌洗涤5min；
②离心分离，将洗涤液置于离心机的分离管内，进行离心分离，分离转数8000r/min，分离时间10min，分离后留存沉淀物，弃去上清液；
③洗涤，离心分离重复进行三次；
⑸、制备核壳型碳包覆纳米铜
①配制盐酸水溶液
量取盐酸25mL、去离子水50mL，加入烧杯中，搅拌5min，成6mol/L的盐酸水溶液；
②将洗涤、分离后的沉淀物加入盐酸水溶液内，搅拌5min，成混合溶液；
③超声分散，将盛有混合溶液的烧杯置于超声波分散仪内，进行超声分散，超声波频率40kHz，超声分散时间3min，在超声分散过程中，盐酸水溶液刻蚀CuC纳米粒子中的铜，得到空腔结构的核壳型碳包覆纳米铜混合液；
⑹、离心分离
将制备的核壳型碳包覆纳米铜混合液，置于离心分离机内的分离管内，进行离心分离，分离转数8000r/min，分离后留存沉淀物，弃去上清液；
⑺、洗涤，离心分离
将沉淀物置于烧杯中，加入去离子水100mL，搅拌洗涤5min，成洗涤液；
将洗涤液置于离心分离机的分离管内，进行离心分离，分离转数8000r/min，分离后留存沉淀物，弃去上清液；
洗涤、离心分离重复进行三次；
⑻、真空干燥
将洗涤、离心分离后的沉淀物置于石英容器中，然后置于真空干燥箱中干燥，干燥温度60℃，真空度0.05MPa，干燥时间120min；
干燥后得核壳型碳包覆纳米铜粉末；
⑼、检测、分析、表征
对制备的核壳型碳包覆纳米铜的形貌、色泽、化学物理性能进行检测、分析、表征；
用X-射线粉末衍射仪进行晶相分析；
用扫描电子显微镜SEM观察产物表面形貌；
用透射电子显微镜TEM观察产物分散度及内部空腔尺寸；
结论：核壳型碳包覆纳米铜为黑色粉体，粉体颗粒直径≤400nm，产物纯度达98.5％。
有益效果
本发明与背景技术相比具有明显的先进性，是针对碳酸二甲酯催化剂合成的弊端，采用乙酸铜、无水乙醇、甲醛、去离子水、盐酸为原料，经配制溶液、溶剂热合成、酸液浸泡、清洗、干燥，制成核壳型碳包覆纳米铜催化剂，此制备方法工艺先进，速度快，成本低，数据精确翔实，产物为粉末，颗粒直径≤400nm，产物纯度达98.5％，催化性能稳定可靠，是理想的快速制备核壳型碳包覆纳米铜催化剂的方法。
附图说明
图1核壳型碳包覆纳米铜催化剂的溶剂热合成状态图
图2核壳型碳包覆纳米铜催化剂形貌图
图3核壳型碳包覆纳米铜催化剂显微图
图4核壳型碳包覆纳米铜催化剂X射线衍射图谱
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步说明：
图中所示，附图标记清单如下：
1、加热炉，2、反应釜，3、不锈钢容器，4、混合溶液，5、釜盖，6、容器盖，7、电控箱，8、显示屏，9、指示灯，10、电源开关，11、加热温度控制器，12、加热时间控制器，13、炉腔。
图1所示，为核壳型碳包覆纳米铜催化剂的溶剂热合成状态图，各部位置要正确，按量配比，按序操作。
制备使用的化学物质的量值是按预先设置的范围确定的，克、毫升为计量单位。
核壳型碳包覆纳米铜催化剂的溶剂热合成是在反应釜内进行的，是在加热炉加热、化合反应过程中完成的；
加热炉(1)为立式，在加热炉(1)内底部为工作台(14)，在工作台(14)上部置放反应釜(2)，并由釜盖(5)密封，在反应釜(2)内置放不锈钢容器(3)，不锈钢容器(3)内为混合溶液(4)，并由容器盖(6)密封；加热炉(1)下部为电控箱(7)，在电控箱(7)上设置显示屏(8)、指示灯(9)、电源开关(10)、加热温度控制器(11)、加热时间控制器(12)。
图2所示，为核壳型碳包覆纳米铜催化剂形貌图，催化剂为核壳型粉体，呈不规则堆积。
图3所示，为核壳型碳包覆纳米铜催化剂显微图，图中可见，内部形成了明显的空腔结构，铜纳米颗粒分布在空腔内部。
图4所示，为核壳型碳包覆纳米铜催化剂X射线衍射图谱，图中：纵坐标为衍射强度，横坐标为衍射角2θ，图中43.169°、50.455°、74.089°均为单质铜标准衍射峰。

Claims (2)

1.一种核壳型碳包覆纳米铜催化剂的快速制备方法，其特征在于：使用的化学物质材料为：乙酸铜、无水乙醇、甲醛、去离子水、盐酸，其组合准备用量如下：以克、毫升为计量单位 
制备方法如下： 
⑴、精选化学物质材料 
对制备使用的化学物质材料进行精选，并进行质量纯度、浓度控制： 
⑵、溶剂热合成制备核壳型碳包覆纳米铜 
核壳型碳包覆纳米铜的制备是在反应釜内进行的，是在加热炉加热、化合反应过程中完成的； 
①配制反应液，称取乙酸铜8g±0.01g，量取无水乙醇40mL±0.01mL、甲醛3mL±0.01mL，加入不锈钢容器中； 
②搅拌，用磁力搅拌器搅拌不锈钢容器中的溶液，搅拌时间240min，成混合溶液； 
③溶剂热合成，将盛有混合溶液的不锈钢容器置于反应釜中，并密闭； 
④将反应釜置于电阻加热炉中，进行溶剂热合成；电阻加热炉升温速率为10℃/min，快速升温至400℃±2℃，在此温度下恒温保温反应8h； 
混合溶液在密闭、加热过程中将发生化学反应，反应方程式如下： 
当温度升至100℃时，乙酸铜脱水，温度升至300℃时，在无水乙醇辅助条件下，乙酸铜热分解，生成Cu2O纳米粒子，当温度升至300-400℃时,Cu2O在甲醛作用下原位还原成Cu纳米粒子；有机前驱体的原位碳化生成碳，生成的碳沉积在Cu纳米粒子表面，形成核壳型碳包覆纳米铜CuC； 
⑤溶剂热合成后，停止加热，使反应釜随炉冷却至25℃； 
⑶、离心分离 
开釜，取出不锈钢容器中的混合溶液，置于离心机的离心管内，进行离心分离，离心分离转数8000r/min，分离时间10min，分离后留存沉淀物，弃去上清液； 
⑷、洗涤，分离 
①将沉淀物置于烧杯中，加入去离子水100mL，搅拌洗涤5min； 
②离心分离，将洗涤液置于离心机的分离管内，进行离心分离，分离转数8000r/min，分离时间10min，分离后留存沉淀物，弃去上清液； 
③洗涤，离心分离重复进行三次； 
⑸、制备核壳型碳包覆纳米铜 
①配制盐酸水溶液 
量取盐酸25mL、去离子水50mL，加入烧杯中，搅拌5min，成6mol/L的盐酸水溶液； 
②将洗涤、分离后的沉淀物加入盐酸水溶液内，搅拌5min，成混合溶液； 
③超声分散，将盛有混合溶液的烧杯置于超声波分散仪内，进行超声分散，超声波频率40kHz，超声分散时间3min，在超声分散过程中，盐酸水溶液刻蚀CuC纳米粒核子中的铜，得到空腔结构的核壳型碳包覆纳米铜混合液； 
⑹、离心分离 
将制备的核壳型碳包覆纳米铜混合液，置于离心分离机内的分离管内，进行离心分离，分离转数8000r/min，分离后留存沉淀物，弃去上清液； 
⑺、洗涤，离心分离 
将沉淀物置于烧杯中，加入去离子水100mL，搅拌洗涤5min，成洗涤液； 
将洗涤液置于离心分离机的分离管内，进行离心分离，分离转数8000r/min，分离后留存沉淀物，弃去上清液； 
洗涤、离心分离重复进行三次； 
⑻、真空干燥 
将洗涤、离心分离后的沉淀物置于石英容器中，然后置于真空干燥箱中干燥，干燥温度60℃，真空度0.05MPa，干燥时间120min； 
干燥后得核壳型碳包覆纳米铜粉末； 
⑼、检测、分析、表征 
对制备的核壳型碳包覆纳米铜的形貌、色泽、化学物理性能进行检测、分析、表征； 
用X-射线粉末衍射仪进行晶相分析； 
用扫描电子显微镜SEM观察产物表面形貌； 
用透射电子显微镜TEM观察产物分散度及内部空腔尺寸； 
结论：核壳型碳包覆纳米铜为黑色粉体，粉体颗粒直径≤400nm，产物纯度达98.5％。 
2.根据权利要求1所述的一种核壳型碳包覆纳米铜催化剂的快速制备方法，其特征在于：核壳型碳包覆纳米铜催化剂的溶剂热合成是在反应釜内进行的，是在加热炉加热、化合反应过程中完成的； 
加热炉(1)为立式，在加热炉(1)内底部为工作台(14)，在工作台(14)上部置放反应釜(2)，并由釜盖(5)密封，在反应釜(2)内置放不锈钢容器(3)，不锈钢容器(3)内为混合溶液(4)，并由容器盖(6)密封；加热炉(1)下部为电控箱(7)，在电控箱(7)上设置显示屏(8)、指示灯(9)、电源开关(10)、加热温度控制器(11)、加热时间控制器(12)。 
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107715877A (zh) * 2017-10-16 2018-02-23 太原理工大学 一种中空介孔碳微球壳层限域铜催化剂及制法和应用
CN108950733A (zh) * 2018-07-11 2018-12-07 浙江师范大学 一种核壳异质结构纳米纤维及其制备和应用
CN111530467A (zh) * 2019-10-23 2020-08-14 宁夏大学 一种碳改性铜基催化剂及其制备方法和应用

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103599781A (zh) * 2013-11-28 2014-02-26 太原理工大学 一种核壳型碳包覆纳米铜催化剂的制备方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103599781A (zh) * 2013-11-28 2014-02-26 太原理工大学 一种核壳型碳包覆纳米铜催化剂的制备方法

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107715877A (zh) * 2017-10-16 2018-02-23 太原理工大学 一种中空介孔碳微球壳层限域铜催化剂及制法和应用
CN107715877B (zh) * 2017-10-16 2021-02-19 山西潞安矿业(集团)有限责任公司 一种中空介孔碳微球壳层限域铜催化剂及制法和应用
CN108950733A (zh) * 2018-07-11 2018-12-07 浙江师范大学 一种核壳异质结构纳米纤维及其制备和应用
CN108950733B (zh) * 2018-07-11 2020-12-29 浙江师范大学 一种核壳异质结构纳米纤维及其制备和应用
CN111530467A (zh) * 2019-10-23 2020-08-14 宁夏大学 一种碳改性铜基催化剂及其制备方法和应用

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