CN106391006B - 一种耐高温抗结焦负载型金纳米催化剂的制备方法 - Google Patents

一种耐高温抗结焦负载型金纳米催化剂的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种耐高温抗结焦负载型金纳米催化剂的制备方法；将藻类或水生植物，加入到金前驱体溶液中吸附还原反应；将藻类或水生植物取出，进行脱水处理，并置于隔绝氧气的反应器进行干馏，在反应器内升温到600～700℃；然后自然冷却至室温，获得黑色粉末状固体催化剂。本发明与现有技术比较的特点：利用蓝藻、绿藻等藻类或者菹草、茨藻等水生植物还原吸附金离子并经高温干馏后制备的负载型金纳米催化剂与现有技术制备的金纳米催化剂相比，具有抗结焦、耐高温的优点，在700摄氏度下不发生结焦、团聚，实现了金纳米催化剂在700摄氏度高温环境下用于催化的可行性，且该方法绿色、无污染、有较好经济效益。

Description

一种耐高温抗结焦负载型金纳米催化剂的制备方法
技术领域
本发明专利涉及一种化工产品制备技术领域，特别涉及一种利用水草或藻类植物制备耐高温抗结焦负载型金纳米催化剂的工艺方法。
背景技术
利用生物质来还原制备不同形貌和粒度的纳米颗粒，作为近年来兴起的一种环境友好的纳米材料制备方法，得到了研究者们的广泛青睐，是一种有巨大潜力的替代传统化学法和物理法制备金纳米的有效方法。生物法的明显优势在于其利用了大自然中大量廉价易得的生物质资源，还原条件温和(一般处于室温条件)，制备过程中无需另外添加除了金属前驱体之外的化学试剂，较之于依赖纯的化学试剂充当还原剂和保护剂的化学法，生物法具有明显的环保以及经济优势。生物还原法主要分为微生物还原法和植物还原法。但是微生物菌体培养周期较长，培养条件较为苛刻，反应速率较慢，纳米颗粒与微生物的分离比较麻烦，因此利用植物来进行生物还原法制备金纳米更为方便且原材料经济易得。
金纳米颗粒在新兴的纳米科学和纳米技术领域具有突出的表现，使它在实际应用方面出现了质的飞跃。比如，纳米粒子的多种组合在材料科学方面具有很好的应用前景，而单个金纳米粒子的小尺寸效应、量子效应、光电等方面的作用，使其被广泛的应用与生物、催化等领域。金纳米粒子的这些性能使它成为了二十一世纪最重要的一种新型材料。当前关于金纳米颗粒应用的研究正日趋火热。从理论上分析，由于金纳米颗粒处了具有纳米级颗粒具有的一些特性之外，还具有等离子共振效应、荧光特性等一些其独有的性质，蕴藏着的广阔的开发潜力。
但是由于金纳米颗粒表面缺少邻近的配位原子，是以具有很高的表面活性，这就导致了纳米级尺寸的金颗粒在高温时特别容易发生团聚现象，这将导致金纳米颗粒在实际应用中受到极大的限制。目前研究者们尝试了多种纳米结构，例如自动分散纳米催化剂，空球结构，合金纳米，核壳结构等。但是这些方法的成本相对较高，制备工艺方法复杂。
植物还原法制备的金纳米具有优良的稳定性。例如，利用侧柏叶提取液还原制备的金纳米，在高温下比化学法制备得到的金纳米催化剂具有更好的稳定性，因此其可在300℃温度下催化丙烯气相环氧化制环氧丙烷反应，维持较好的稳定性，极大地提高了反应的活性。但是一些反应的温度较高，温度升高，金纳米依然存在高温团聚的问题。
发明内容
本发明的目的：在于提出一种利用藻类或水草制备耐高温负载型金纳米催化剂的工艺方法，该种金纳米催化剂具备耐高温特性，可在700摄氏度高温度下不发生团聚或烧结，保持催化能力。
为实现本发明专利之目的，拟采用以下技术方案：
一种耐高温抗结焦负载型金纳米催化剂的制备方法；其特征是将藻类或水生植物，加入到金前驱体溶液中吸附还原反应；将藻类或水生植物取出，进行脱水处理，并置于隔绝氧气的反应器进行干馏，在反应器内升温到600～700℃；然后自然冷却至室温，获得黑色粉末状固体催化剂。
优选条件如下：
藻类或水生植物为蓝藻、绿藻、红藻、褐藻、菹草或茨藻。
金前驱体为氯金酸。
藻类或水生植物与氯金酸的质量比为20:1～100:1。
脱水处理条件是在100℃干燥2小时。
反应器内升温数率是10℃/分钟。
600～700℃保持温度2～10小时后，自然冷却至室温。
本发明与现有技术比较的特点：利用蓝藻、绿藻等藻类或者菹草、茨藻等水生植物还原吸附金离子并经高温干馏后制备的负载型金纳米催化剂与现有技术制备的金纳米催化剂相比，具有抗结焦、耐高温的优点，在700摄氏度下不发生结焦、团聚，实现了金纳米催化剂在700摄氏度高温环境下用于催化的可行性，且该方法绿色、无污染、有较好经济效益。
附图说明
图1：M图干燥的负载了金纳米的茨藻SEM图。
图2：是负载了金纳米的茨藻在600℃下高温烘焙4小时后的SEM图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明做进一步详细说明，但本发明不限于此。
实施例1：
先将100g蓝藻置于1L含有5g氯金酸的水溶液中，搅拌或振荡3小时后，通过过滤装置或通过收集水体表面悬浮物的方法实现对吸附了重金属离子的蓝藻的回收。而后，将收集到的吸附了金的蓝藻在100℃干燥2小时，随后将这些干燥的蓝藻放入管式反应器内，并持续通入氮气或惰性气体，以除去反应器内存留的空气。以10℃/分钟的升温速率逐渐提高反应器内的温度直至600℃，保持此温度4小时后，使反应器自然冷却至室温，收集反应器内的残留固体，即为耐高温负载型金纳米催化剂。
实施例2：
按实施例1的方法得到干燥的附有金的蓝藻，不同的是，将100g蓝藻置于1L含有1g氯金酸,在反应器内的温度为700℃，保持此温度2小时。
实施例3：
按实施例1的方法得到干燥的附有金的蓝藻，不同的是，将100g蓝藻置于1L含有2.5g氯金酸,在反应器内的温度为650℃，保持此温度10小时。
实施例4：
先将100g绿藻置于1L含有5g氯金酸的水溶液中，搅拌或振荡3小时后，通过过滤装置或通过收集水体表面悬浮物的方法实现对吸附了重金属离子的绿藻的回收。而后，将收集到的吸附了金的绿藻在100℃干燥2小时，随后将这些干燥的绿藻放入管式反应器内，并持续通入氮气或惰性气体，以除去反应器内存留的空气。以10℃/分钟的升温速率逐渐提高反应器内的温度直至600℃，保持此温度4小时后，使反应器自然冷却至室温，收集反应器内的残留固体，即为耐高温负载型金纳米催化剂。
实施例5：
按实施例4的方法得到干燥的附有金的绿藻，不同的是，将100g绿藻置于1L含有1g氯金酸,在反应器内的温度为700℃，保持此温度2小时。
实施例6：
按实施例1的方法得到干燥的附有金的绿藻，不同的是，将100g绿藻置于1L含有2.5g氯金酸,在反应器内的温度为650℃，保持此温度10小时。
实施例7：
先将100g茨藻置于1L含有5g氯金酸的水溶液中，搅拌或振荡3小时后，通过过滤装置或通过收集水体表面悬浮物的方法实现对吸附了重金属离子的茨藻的回收。而后，将收集到的吸附了金的茨藻在100℃干燥2小时，随后将这些干燥的茨藻放入管式反应器内，并持续通入氮气或惰性气体，以除去反应器内存留的空气。以10℃/分钟的升温速率逐渐提高反应器内的温度直至600℃，保持此温度4小时后，使反应器自然冷却至室温，收集反应器内的残留固体，即为耐高温负载型金纳米催化剂。
实施例8：
按实施例4的方法得到干燥的附有金的茨藻，不同的是，将100g茨藻置于1L含有1g氯金酸,在反应器内的温度为700℃，保持此温度2小时。
实施例9：
按实施例1的方法得到干燥的附有金的茨藻，不同的是，将100g茨藻置于1L含有2.5g氯金酸,在反应器内的温度为650℃，保持此温度10小时。
以实施例7对该催化剂进行评价。图1是干燥的负载了金纳米的茨藻SEM图，金纳米的平均粒径为73.18nm，分散性较好。图2是负载了金纳米的茨藻在600℃下敢问烘焙4小时后的SEM图，金纳米的平均粒径为74.22nm，从图中可以看出，负载型催化剂在高温下没有发生团聚或者烧结现象。说明该种利用生物还原法得到的负载型金纳米催化剂具有耐高温抗结焦的优良性能。

Claims (1)

1.一种耐高温抗结焦负载型金纳米催化剂的制备方法；其特征是将藻类或水生植物，加入到金前驱体溶液中吸附还原反应；将藻类或水生植物取出，进行脱水处理，并置于隔绝氧气的反应器进行干馏，在反应器内升温到600～700℃；然后自然冷却至室温，获得黑色粉末状固体催化剂；藻类或水生植物为蓝藻、绿藻、红藻、褐藻、菹草或茨藻；藻类或水生植物与氯金酸的质量比为20:1～100:1；金前驱体为氯金酸；脱水处理条件是在100℃干燥2小时；反应器内升温数率是10℃/分钟；600～700℃保持温度2～10小时后，自然冷却至室温。
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