CN109126760A - 一种高分散纳米金属氧化物复合的炭材料及其制备方法和应用 - Google Patents
一种高分散纳米金属氧化物复合的炭材料及其制备方法和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109126760A CN109126760A CN201810765050.7A CN201810765050A CN109126760A CN 109126760 A CN109126760 A CN 109126760A CN 201810765050 A CN201810765050 A CN 201810765050A CN 109126760 A CN109126760 A CN 109126760A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- carbon materials
- metal oxide
- nano metal
- preparation
- compound
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 title claims abstract description 50
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 43
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 title claims abstract description 38
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 title claims abstract description 38
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 title claims abstract description 37
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 20
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 18
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 claims abstract description 15
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims abstract description 14
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 claims abstract description 14
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000003610 charcoal Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000003837 high-temperature calcination Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims description 17
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 7
- MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N Oxalic acid Chemical compound OC(=O)C(O)=O MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- ZMANZCXQSJIPKH-UHFFFAOYSA-N Triethylamine Chemical compound CCN(CC)CC ZMANZCXQSJIPKH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 150000004676 glycans Chemical class 0.000 claims description 6
- 229920001282 polysaccharide Polymers 0.000 claims description 6
- 239000005017 polysaccharide Substances 0.000 claims description 6
- -1 sucrose fatty ester Chemical class 0.000 claims description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 5
- XTEGARKTQYYJKE-UHFFFAOYSA-M Chlorate Chemical compound [O-]Cl(=O)=O XTEGARKTQYYJKE-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 4
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 claims description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 claims description 4
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229930006000 Sucrose Natural products 0.000 claims description 3
- 150000002016 disaccharides Chemical class 0.000 claims description 3
- 239000005720 sucrose Substances 0.000 claims description 3
- 239000001763 2-hydroxyethyl(trimethyl)azanium Substances 0.000 claims description 2
- CODAYFPFZXWNLD-UHFFFAOYSA-N 2-hydroxypropanoyl octadecanoate Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCCC(=O)OC(=O)C(C)O CODAYFPFZXWNLD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 235000019743 Choline chloride Nutrition 0.000 claims description 2
- RCEAADKTGXTDOA-UHFFFAOYSA-N OS(O)(=O)=O.CCCCCCCCCCCC[Na] Chemical compound OS(O)(=O)=O.CCCCCCCCCCCC[Na] RCEAADKTGXTDOA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- SGMZJAMFUVOLNK-UHFFFAOYSA-M choline chloride Chemical compound [Cl-].C[N+](C)(C)CCO SGMZJAMFUVOLNK-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- 229960003178 choline chloride Drugs 0.000 claims description 2
- WEHWNAOGRSTTBQ-UHFFFAOYSA-N dipropylamine Chemical compound CCCNCCC WEHWNAOGRSTTBQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- JJWLVOIRVHMVIS-UHFFFAOYSA-N isopropylamine Chemical compound CC(C)N JJWLVOIRVHMVIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 150000002772 monosaccharides Chemical class 0.000 claims description 2
- 235000006408 oxalic acid Nutrition 0.000 claims description 2
- 229940073455 tetraethylammonium hydroxide Drugs 0.000 claims description 2
- LRGJRHZIDJQFCL-UHFFFAOYSA-M tetraethylazanium;hydroxide Chemical compound [OH-].CC[N+](CC)(CC)CC LRGJRHZIDJQFCL-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 3
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Chemical compound OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 3
- BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N methanoic acid Natural products OC=O BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- POILWHVDKZOXJZ-ARJAWSKDSA-M (z)-4-oxopent-2-en-2-olate Chemical compound C\C([O-])=C\C(C)=O POILWHVDKZOXJZ-ARJAWSKDSA-M 0.000 claims 1
- OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 4-(3-methoxyphenyl)aniline Chemical compound COC1=CC=CC(C=2C=CC(N)=CC=2)=C1 OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- LZZYPRNAOMGNLH-UHFFFAOYSA-M Cetrimonium bromide Chemical compound [Br-].CCCCCCCCCCCCCCCC[N+](C)(C)C LZZYPRNAOMGNLH-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims 1
- 235000011054 acetic acid Nutrition 0.000 claims 1
- 235000015165 citric acid Nutrition 0.000 claims 1
- 150000002191 fatty alcohols Chemical class 0.000 claims 1
- 235000019253 formic acid Nutrition 0.000 claims 1
- 235000011167 hydrochloric acid Nutrition 0.000 claims 1
- 229940051841 polyoxyethylene ether Drugs 0.000 claims 1
- 229920000056 polyoxyethylene ether Polymers 0.000 claims 1
- 238000009903 catalytic hydrogenation reaction Methods 0.000 abstract description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 abstract description 2
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 13
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 229920002134 Carboxymethyl cellulose Polymers 0.000 description 9
- 239000001768 carboxy methyl cellulose Substances 0.000 description 9
- 235000010948 carboxy methyl cellulose Nutrition 0.000 description 9
- 239000008112 carboxymethyl-cellulose Substances 0.000 description 9
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 9
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 8
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 6
- YIXJRHPUWRPCBB-UHFFFAOYSA-N magnesium nitrate Chemical compound [Mg+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O YIXJRHPUWRPCBB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- ONDPHDOFVYQSGI-UHFFFAOYSA-N zinc nitrate Chemical compound [Zn+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O ONDPHDOFVYQSGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- OERNJTNJEZOPIA-UHFFFAOYSA-N zirconium nitrate Chemical compound [Zr+4].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O OERNJTNJEZOPIA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 5
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 5
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229920001661 Chitosan Polymers 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- LTUMRKDLVGQMJU-UHFFFAOYSA-N famesylacetone Natural products CC(C)=CCCC(C)=CCCC(C)=CCCC(C)=O LTUMRKDLVGQMJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- LTUMRKDLVGQMJU-IUBLYSDUSA-N farnesyl acetone Chemical compound CC(C)=CCC\C(C)=C\CC\C(C)=C\CCC(C)=O LTUMRKDLVGQMJU-IUBLYSDUSA-N 0.000 description 4
- HNZUNIKWNYHEJJ-FMIVXFBMSA-N geranyl acetone Chemical compound CC(C)=CCC\C(C)=C\CCC(C)=O HNZUNIKWNYHEJJ-FMIVXFBMSA-N 0.000 description 4
- HNZUNIKWNYHEJJ-UHFFFAOYSA-N geranyl acetone Natural products CC(C)=CCCC(C)=CCCC(C)=O HNZUNIKWNYHEJJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005984 hydrogenation reaction Methods 0.000 description 4
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 3
- XURCIPRUUASYLR-UHFFFAOYSA-N Omeprazole sulfide Chemical compound N=1C2=CC(OC)=CC=C2NC=1SCC1=NC=C(C)C(OC)=C1C XURCIPRUUASYLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- HSJPMRKMPBAUAU-UHFFFAOYSA-N cerium(3+);trinitrate Chemical compound [Ce+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O HSJPMRKMPBAUAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 3
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 3
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 3
- 239000013528 metallic particle Substances 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- YHQXBTXEYZIYOV-UHFFFAOYSA-N 3-methylbut-1-ene Chemical group CC(C)C=C YHQXBTXEYZIYOV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 125000000484 butyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- FGIUAXJPYTZDNR-UHFFFAOYSA-N potassium nitrate Chemical compound [K+].[O-][N+]([O-])=O FGIUAXJPYTZDNR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- QDZRBIRIPNZRSG-UHFFFAOYSA-N titanium nitrate Chemical compound [O-][N+](=O)O[Ti](O[N+]([O-])=O)(O[N+]([O-])=O)O[N+]([O-])=O QDZRBIRIPNZRSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BNGXYYYYKUGPPF-UHFFFAOYSA-M (3-methylphenyl)methyl-triphenylphosphanium;chloride Chemical compound [Cl-].CC1=CC=CC(C[P+](C=2C=CC=CC=2)(C=2C=CC=CC=2)C=2C=CC=CC=2)=C1 BNGXYYYYKUGPPF-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- PZLNWHURFHXSTA-UHFFFAOYSA-N 1h-thieno[3,4-d]imidazole Chemical class S1C=C2NC=NC2=C1 PZLNWHURFHXSTA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MFKNTTCBRQWTHX-UHFFFAOYSA-N 2,3,3a,4,6,6a-hexahydro-1h-thieno[3,4-d]imidazole Chemical class C1SCC2NCNC21 MFKNTTCBRQWTHX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 description 1
- OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N Ethane Chemical compound CC OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IAYPIBMASNFSPL-UHFFFAOYSA-N Ethylene oxide Chemical compound C1CO1 IAYPIBMASNFSPL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000002918 Fraxinus excelsior Nutrition 0.000 description 1
- 229930091371 Fructose Natural products 0.000 description 1
- RFSUNEUAIZKAJO-ARQDHWQXSA-N Fructose Chemical compound OC[C@H]1O[C@](O)(CO)[C@@H](O)[C@@H]1O RFSUNEUAIZKAJO-ARQDHWQXSA-N 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WPNJAUFVNXKLIM-UHFFFAOYSA-N Moxonidine Chemical compound COC1=NC(C)=NC(Cl)=C1NC1=NCCN1 WPNJAUFVNXKLIM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 description 1
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 1
- 229920003171 Poly (ethylene oxide) Polymers 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 1
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 description 1
- CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N Sucrose Chemical compound O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@@]1(CO)O[C@@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O1 CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 125000005233 alkylalcohol group Chemical group 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GETQZCLCWQTVFV-UHFFFAOYSA-N anhydrous trimethylamine Natural products CN(C)C GETQZCLCWQTVFV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002956 ash Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000012496 blank sample Substances 0.000 description 1
- 229920001400 block copolymer Polymers 0.000 description 1
- 125000002057 carboxymethyl group Chemical group [H]OC(=O)C([H])([H])[*] 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- ZMIGMASIKSOYAM-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce] ZMIGMASIKSOYAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 229960002737 fructose Drugs 0.000 description 1
- 125000002791 glucosyl group Chemical group C1([C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@H](O1)CO)* 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002082 metal nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- QQONPFPTGQHPMA-UHFFFAOYSA-N propylene Natural products CC=C QQONPFPTGQHPMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000004805 propylene group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([*:1])C([H])([H])[*:2] 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 239000008107 starch Substances 0.000 description 1
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229920000428 triblock copolymer Polymers 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
- B01J35/391—Physical properties of the active metal ingredient
- B01J35/393—Metal or metal oxide crystallite size
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/10—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of rare earths
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
- B01J35/391—Physical properties of the active metal ingredient
- B01J35/394—Metal dispersion value, e.g. percentage or fraction
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/08—Heat treatment
- B01J37/082—Decomposition and pyrolysis
- B01J37/084—Decomposition of carbon-containing compounds into carbon
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明公开一种高分散纳米金属氧化物复合的炭材料的制备方法，包括：将生物质与表面活性剂搅拌混合均匀后，再加入金属盐前驱体和酸液混合均匀，然后将混合物干燥后经高温煅烧，得到高分散纳米金属氧化物复合的炭材料。该方法简单，可持续性强，易于规模化生产，且纳米金属氧化物在炭材料上的分散性极好，制备得到的炭‑金属氧化物复合催化剂具有非常高的催化加氢性能。本发明还公开了该制备方法制备得到的高分散纳米金属氧化物复合的炭材料以及该炭材料作为催化剂的应用。
Description
技术领域
本发明属于催化剂技术领域，具体是涉及一种高分散纳米金属氧化物复合的炭材料及其制备方法和应用。
背景技术
纳米级别的金属氧化物(MOx)(M为铈、锆、锌，铟，镁，铝，钛等等)通常有着诸多表面的缺陷，这些表面缺陷使MOx拥有丰富的氧空缺。目前，科学家们通过研究发现MOx上的氧空缺会极大提高它的储放氧性能，从而使其成为性能优异的加氢催化剂。
众所周知，将活性位金属分散在某一载体上能够使其在达到相同催化效果的前提下大大减少金属的用量。而炭材料具有高导热导电性能和化学稳定性，是一种理想的催化剂载体。
目前，科学家们通常采用水热法将金属氧化物与炭材料进行复合或者单纯与炭材料进行简单混合煅烧。但是这些方法所得到的复合材料往往金属颗粒较大、分散度不高，且金属颗粒在炭材料表面，稳定性不好。因此，在催化剂的制备领域，寻找一种简单有效的方法将大自然中广泛分布的生物质一步转化为高分散纳米金属氧化物复合的炭材料是一个非常有意义的挑战。
发明内容
本发明的目的是提供了一种高分散纳米金属氧化物复合的炭材料、制备方法及应用。该方法简单，可持续性强，具有规模化生成的潜力，且制备得到的炭材料上的纳米金属氧化物分散性极高，具有非常高的催化性能，同时可作为性能优异的催化剂载体。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的第一实施方式提供了一种高分散纳米金属氧化物复合的炭材料的制备方法，包括以下步骤：
将生物质与表面活性剂搅拌混合均匀后，再加入金属盐前驱体和酸液混合均匀，然后将混合物干燥后经高温煅烧，得到高分散纳米金属氧化物复合的炭材料。
本发明以生物质和金属盐为原料，以表面活性剂为模板剂，一锅法得到高分散纳米金属氧化物复合的炭材料。在本方法中，表面活性剂能够将溶液里的金属离子包裹形成均一的胶束，而酸的加入能阻止生物质聚合，但使表面活性剂胶束进一步聚合。在干燥过程中，随着酸的蒸发，生物质会开始慢慢聚合，进而能均匀的包裹住胶束。高温煅烧时，由于金属被表面活性剂包裹，其碳化时不会团聚，因此最终得到的金属颗粒会十分小，并且分散均匀。该方法原料廉价易得，方法简单，可持续性强。
生物质廉价易得，且含有丰富的碳，是最事宜的碳源。作为优选，所述生物质为单糖、二糖、可溶性的多糖以及改性的多糖中的至少一种。进一步地，所述单糖为葡萄糖或果糖，所述二糖为蔗糖，所述可溶性的多糖为淀粉或壳聚糖，所述改性的多糖为羧甲基纤维素或羧甲基壳聚糖。进一步优选，所述生物质为羧甲基纤维素，以羧甲基纤维素为原料制备得到的碳材料中纳米金属氧化物的分散更均匀，且碳材料的催化活性更高。
表面活性剂作为模板剂，使金属盐均匀分散从而得到高分散纳米金属氧化物复合的炭材料。作为优选，所述的表面活性剂为四乙基氢氧化铵、异丙胺、二正丙胺、三乙胺、十六烷基三甲基溴化胺、氯化胆碱、十二烷基硫酸钠、硬脂酰乳酸钠、蔗糖脂肪酸酯、脂肪醇聚氧乙烯醚、聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段共聚物(F127)，以及聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物(P123)中的至少一种。进一步优选，所述表面活性剂为F127，以F127为原料制备得到的碳材料中纳米金属氧化物的分散更均匀，不易团聚。
作为优选，所述金属盐前驱体为硝酸盐、氯化盐、硫酸盐中的至少一种，进一步优选，所述硝酸盐为硝酸铈、硝酸锆、硝酸锌、硝酸铟、硝酸镁、硝酸铝、硝酸钛中的一种。
作为优选，所述的酸液为硝酸、硫酸、盐酸、草酸中的至少一种。
作为优选，所述生物质、所述表面活性剂、所述金属盐前驱体的质量比为1：0.1～10：0.01～10；所述金属盐前驱体与所述酸液的质量比为1：0.01～100。进一步优选，所述生物质、所述表面活性剂、所述金属盐前驱体的质量比为1：1：1，所述金属盐前驱体与所述酸液的质量比为1：10。
作为优选，所述高温煅烧采用程序升温煅烧过程，具体包括：升温速率可以为1～20℃/min，从室温升高到400～1200℃，煅烧1～300min。煅烧温度和煅烧时间直接影响原料的反映效果，煅烧温度太高，且时间太长，碳源直接被烧成灰烬，不能得到稳定的碳骨架，煅烧温度太低，时间太短，碳源不能得到彻底地碳化，同样也不能得到载纳米金属氧化物的碳骨架。因此，进一步优选，在所述升温煅烧过程中，升温速率可以为10℃/min，从室温升高到1000℃，煅烧120min。
本发明的第二实施方式提供了一种第一实施方式提供的制备方法制备得到的高分散纳米金属氧化物复合的炭材料。
本发明的第三实施方式提供了一种第二实施方式提供的炭材料作为催化剂的应用。
与现有技术相比，本发明具有的优势为：
碳材料的碳源是自然界中来源广泛的生物质生物质，来源广泛、可持续性强、环境友好、可实现规模化生产。此外，采用一步法得到高分散纳米金属氧化物复合的炭材料，制备方法简单，便于操作。再者，碳材料的形貌和成份可通过选取不同的生物质、金属盐前驱体、模板剂、酸、原料的比例煅烧温度以及升温速率来控制。
附图说明
图1为实施例1制备得到的高分散纳米金属氧化物复合的炭材料的透射电镜图(TEM)；
图2为实施例2制备得到的高分散纳米金属氧化物复合的炭材料的透射电镜图(TEM)；
图3为实施例3制备得到的高分散纳米金属氧化物复合的炭材料的透射电镜图(TEM)；
图4为实施例4制备得到的高分散纳米金属氧化物复合的炭材料的透射电镜图(TEM)；
图5为实施例5制备得到的高分散纳米金属氧化物复合的炭材料的透射电镜图(TEM)；
图6为实施例1制备的高分散纳米金属氧化物复合的炭材料所应用的反应及其催化活性数据；
图7为对比例所制得的产品的透射电镜图(TEM)。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。
实施例1
本实施例的原材料为羧甲基纤维素、F127、硝酸铈以及硝酸。
具体制备过程为：
称取1g羧甲基纤维素溶于50ml水，并加入1gF127搅拌均匀；随后加入1g硝酸铈和1ml硝酸混合均匀后，搅拌至干燥；然后，转移到30ml坩埚中，在氮气炉中进行煅烧，具体地煅烧过程为：以10℃/min升温到1000℃，在1000℃煅烧2h；最后，自然降温到室温，把煅烧后的混合物研磨碎，得到炭材料。
图1为由本实施例制备得到的高分散纳米金属氧化物复合的炭材料的透射电镜图(TEM)。从图1中可知，高分散纳米金属氧化物复合的炭材料中CeO2的颗粒尺寸非常小，平均粒径尺寸为7nm，并且分散的非常均匀。
图6为由本实施例制备得到的高分散纳米金属氧化物复合的炭材料作为加氢催化剂时所测得活性数据，从图6可知，该催化剂对于加氢制备顺-2-氧代-1,3-二苄基-4-(4-羧丁基)六氢-1H-噻吩并[3,4-d]咪唑以及法尼基丙酮(FA)、香叶基丙酮(GA)和异戊烯基丙酮的催化加氢具有很高的催化活性。
实施例2
本实施例的原材料为羧甲基纤维素、F127、硝酸锆以及硝酸。
具体制备过程为：
称取1g羧甲基纤维素溶于50ml水，并加入1gF127搅拌均匀。随后加入1g硝酸锆和1ml硝酸混合均匀，搅拌至干燥；然后，转移到30ml坩埚中，在氮气炉中进行煅烧，具体地煅烧过程为：以10℃/min升温到1000℃，在1000℃煅烧2h；然后，自然降温到室温。把煅烧后的混合物研磨碎，得到炭材料。
实施例3
本实施例的原材料为羧甲基纤维素、P123、硝酸铟以及硝酸。
具体制备过程为：
称取1g羧甲基纤维素溶于50ml水，并加入1gF127搅拌均匀。随后加入1g硝酸铟和1ml硝酸混合均匀，搅拌至干燥；然后，转移到30ml坩埚中，在氮气炉中进行煅烧，具体地煅烧过程为：以10℃/min升温到1000℃，在1000℃煅烧2h；然后，自然降温到室温。把煅烧后的混合物研磨碎，得到炭材料。
实施例4
本实施例的原材料为葡萄糖、F127、硝酸锌以及硝酸。
具体制备过程为：
称取1g葡萄糖溶于50ml水，并加入1g F127搅拌均匀。随后加入1g硝酸锌和1ml硝酸混合均匀，搅拌至干燥；然后，转移到30ml坩埚中，在氮气炉中进行煅烧，具体地煅烧过程为：以10℃/min升温到400℃，在400℃煅烧5h；然后，自然降温到室温。把煅烧后的混合物研磨碎，得到炭材料。
实施例5
本实施例的原材料为壳聚糖、P123、硝酸镁以及硝酸。
具体制备过程为：
称取1g壳聚糖溶于50ml水，并加入1g F123搅拌均匀。随后加入1g硝酸镁和1ml硝酸混合均匀，搅拌至干燥；然后，转移到30ml坩埚中，在氮气炉中进行煅烧，具体地煅烧过程为：以10℃/min升温到1000℃，在1000℃煅烧2h；然后，自然降温到室温。把煅烧后的混合物研磨碎，得到炭材料。
实施例2、实施例3、实施例4和实施例5得到的高分散纳米金属氧化物复合的炭材料经过检测，均能得到均一高分散的金属纳米颗粒，表明该方法具有通用性。
对比例
按照实施例1的方法，原料样品不添加模板剂，其他实验条件一致。
空白对比样的透射电镜图(TEM)如图7所示，从图7可以看出，在不加模板剂的情况下，所得产物中CeO2的颗粒团聚较严重，且分散不均匀。
由此，可得，模板剂的增加会大幅度地提高纳米金属氧化物的分散性，进而提高催化性能。
应用例
将实施例1制备得到的高分散纳米金属氧化物复合的炭材料作为加氢催化剂。活性数据见图6所示，该催化剂对于加氢制备顺-2-氧代-1,3-二苄基-4-(4-羧丁基)六氢-1H-噻吩并[3,4-d]咪唑以及法尼基丙酮(FA)、香叶基丙酮(GA)和异戊烯基丙酮的催化加氢具有很高的催化活性。因此，本发明制备得到的分散金属氧化物复合的炭材料作为加氢催化剂效果很好。
以上所述的具体实施方式对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的最优选实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高分散纳米金属氧化物复合的炭材料的制备方法，包括以下步骤：
将生物质与表面活性剂搅拌混合均匀后，再加入金属盐前驱体和酸液混合均匀，然后将混合物干燥后经高温煅烧，得到高分散纳米金属氧化物复合的炭材料。
2.如权利要求1所述的高分散纳米金属氧化物复合的炭材料的制备方法，其特征在于，所述生物质为单糖、二糖、可溶性的多糖以及改性的多糖中的至少一种。
3.如权利要求1所述的高分散纳米金属氧化物复合的炭材料的制备方法，其特征在于，所述的表面活性剂为四乙基氢氧化铵、异丙胺、二正丙胺、三乙胺、十六烷基三甲基溴化胺、氯化胆碱、十二烷基硫酸钠、硬脂酰乳酸钠、蔗糖脂肪酸酯、脂肪醇聚氧乙烯醚、F127、P123中的至少一种。
4.如权利要求1所述的高分散纳米金属氧化物复合的炭材料的制备方法，其特征在于，所述金属盐前驱体为硝酸盐、氯化盐、硫酸盐、乙酰丙酮盐中的至少一种。
5.如权利要求1所述的高分散纳米金属氧化物复合的炭材料的制备方法，其特征在于，所述酸液为硝酸、硫酸、盐酸、草酸、柠檬酸、甲酸、乙酸中的至少一种。
6.如权利要求1所述的高分散纳米金属氧化物复合的炭材料的制备方法，其特征在于，所述生物质、所述表面活性剂、所述金属盐前驱体的质量比为1:0.1～10：0.01～10。
7.如权利要求1所述的高分散纳米金属氧化物复合的炭材料的制备方法，其特征在于，所述金属盐前驱体与所述酸液的质量比为1:0.01～100。
8.如权利要求1所述的高分散纳米金属氧化物复合的炭材料的制备方法，其特征在于，所述高温煅烧采用程序升温煅烧过程，具体包括：升温速率可以为1～20℃/min，从室温升高到400～1200℃，煅烧1～300min。
9.一种如权利要求1～8所述的制备方法制备得到的高分散纳米金属氧化物复合的炭材料。
10.一种权利要求9所述的高分散纳米金属氧化物复合的炭材料作为催化剂的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810765050.7A CN109126760B (zh) | 2018-07-12 | 2018-07-12 | 一种高分散纳米金属氧化物复合的炭材料及其制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810765050.7A CN109126760B (zh) | 2018-07-12 | 2018-07-12 | 一种高分散纳米金属氧化物复合的炭材料及其制备方法和应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109126760A true CN109126760A (zh) | 2019-01-04 |
| CN109126760B CN109126760B (zh) | 2020-08-11 |
Family
ID=64800392
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810765050.7A Active CN109126760B (zh) | 2018-07-12 | 2018-07-12 | 一种高分散纳米金属氧化物复合的炭材料及其制备方法和应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109126760B (zh) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111151237A (zh) * | 2020-01-20 | 2020-05-15 | 云南电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种贵金属催化剂的制备方法 |
| WO2020168390A1 (en) * | 2019-02-21 | 2020-08-27 | Newsouth Innovations Pty Limited | Nanoparticle and its use as a water-splitting catalyst |
| CN112928290A (zh) * | 2021-01-20 | 2021-06-08 | 中国科学技术大学 | 一种碳-氧化物复合载体纳米材料、其合成方法与应用 |
| US11804605B1 (en) * | 2023-02-20 | 2023-10-31 | King Faisal University | Metal oxide nanocomposites for electrochemical oxidation of urea |
| CN117654477A (zh) * | 2023-11-28 | 2024-03-08 | 中国矿业大学 | 一种C@CeO2催化剂及其制备方法和在催化二氧化碳解吸中的应用 |
| CN117654477B (zh) * | 2023-11-28 | 2024-05-31 | 中国矿业大学 | 一种C@CeO2催化剂及其制备方法和在催化二氧化碳解吸中的应用 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103007885A (zh) * | 2012-12-21 | 2013-04-03 | 南京工业大学 | 一种用于烯烃烷烃分离的吸附剂及其制备方法和应用 |
| KR101536623B1 (ko) * | 2014-05-13 | 2015-07-14 | 서울대학교산학협력단 | 술폰산기(-so3h)가 도입된 산점을 포함한 정렬된 구조의 중형기공성탄소에 담지된 귀금속 촉매, 그 제조방법 및 상기 촉매를 이용한 리그닌 모델 화합물 분해 방법 |
| CN106540677A (zh) * | 2016-11-07 | 2017-03-29 | 江苏理工学院 | 一种多孔炭负载纳米金属氧化物材料的制备方法与用途 |
| CN107128979A (zh) * | 2017-05-12 | 2017-09-05 | 华南理工大学 | 一种碳基空心四氧化三钴的制备方法 |
-
2018
- 2018-07-12 CN CN201810765050.7A patent/CN109126760B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103007885A (zh) * | 2012-12-21 | 2013-04-03 | 南京工业大学 | 一种用于烯烃烷烃分离的吸附剂及其制备方法和应用 |
| KR101536623B1 (ko) * | 2014-05-13 | 2015-07-14 | 서울대학교산학협력단 | 술폰산기(-so3h)가 도입된 산점을 포함한 정렬된 구조의 중형기공성탄소에 담지된 귀금속 촉매, 그 제조방법 및 상기 촉매를 이용한 리그닌 모델 화합물 분해 방법 |
| CN106540677A (zh) * | 2016-11-07 | 2017-03-29 | 江苏理工学院 | 一种多孔炭负载纳米金属氧化物材料的制备方法与用途 |
| CN107128979A (zh) * | 2017-05-12 | 2017-09-05 | 华南理工大学 | 一种碳基空心四氧化三钴的制备方法 |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2020168390A1 (en) * | 2019-02-21 | 2020-08-27 | Newsouth Innovations Pty Limited | Nanoparticle and its use as a water-splitting catalyst |
| CN111151237A (zh) * | 2020-01-20 | 2020-05-15 | 云南电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种贵金属催化剂的制备方法 |
| CN112928290A (zh) * | 2021-01-20 | 2021-06-08 | 中国科学技术大学 | 一种碳-氧化物复合载体纳米材料、其合成方法与应用 |
| US11804605B1 (en) * | 2023-02-20 | 2023-10-31 | King Faisal University | Metal oxide nanocomposites for electrochemical oxidation of urea |
| CN117654477A (zh) * | 2023-11-28 | 2024-03-08 | 中国矿业大学 | 一种C@CeO2催化剂及其制备方法和在催化二氧化碳解吸中的应用 |
| CN117654477B (zh) * | 2023-11-28 | 2024-05-31 | 中国矿业大学 | 一种C@CeO2催化剂及其制备方法和在催化二氧化碳解吸中的应用 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109126760B (zh) | 2020-08-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109126760A (zh) | 一种高分散纳米金属氧化物复合的炭材料及其制备方法和应用 | |
| JP2020082079A (ja) | アンモニア分解による水素製造のためのルテニウム系触媒及びその調製方法、並びに応用 | |
| CN106694006A (zh) | 一种氧化还原固定方法制备高分散碳化钼/碳复合电催化剂 | |
| CN104815990B (zh) | 一种液相还原法制备纳米银胶体的方法 | |
| EP1487572A1 (de) | Verfahren zur in-situ-immobilisierung von wasserlöslichen nanodispergierten metalloxid-kolloiden | |
| CN108940346A (zh) | 不饱和酮选择性加氢催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN1864847A (zh) | 合成纳米粒子的方法 | |
| CN109277106A (zh) | 一种Ag/Ag3PO4/硅藻土复合可见光光催化剂及其制备方法 | |
| CN103754921A (zh) | 一种单分散氧化铈疏松纳米球的制备方法 | |
| CN115465904B (zh) | 一种强分散制备纳米二氧化铱的工艺 | |
| CN111215104A (zh) | 一种磷掺杂碳负载钼钨碳化物催化剂及制备和应用 | |
| CN106311223A (zh) | 一种贵金属/石墨烯纳米复合材料的制备方法 | |
| CN112456556A (zh) | 一种制备氧化钽纳米球的方法 | |
| CN107522221A (zh) | 一种基于无机模板制备活性多孔纳米二氧化铈的方法 | |
| CN104959624A (zh) | 一种纳米级氧化物弥散强化镍基复合粉末的制备方法 | |
| WO2024011905A1 (zh) | 一种金属负载型镍锰尖晶石纳米球气凝胶及其制备方法及应用 | |
| CN110732328B (zh) | 一种用于二氧化碳重整反应的多核壳结构镍基催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN102070143A (zh) | 一种介孔空心球状碳化钨的制备方法 | |
| CN110433813A (zh) | 一种用于二氧化碳加氢合成甲醇的铜铟合金催化剂及其制备方法与应用 | |
| CN112316985A (zh) | 一种二氧化碳加氢制甲醇的催化材料及其制备方法 | |
| CN109232185A (zh) | 一种无氢条件下一锅法转化草酸二甲酯为乙二醇的方法 | |
| CN113318733B (zh) | 一种高熵纳米酶的制备方法及其应用 | |
| CN113694928B (zh) | 一种金属催化剂及其制备方法与应用 | |
| Kurji et al. | MCM-48 from rice husk ash as a novel heterogeneous catalyst for esterification of glycerol with oleic acid: Catalyst preparation, characterization, and activity | |
| CN106238033A (zh) | 表面修饰氧化铈纳米管的活性半焦低温脱硝剂及其制备方法与应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |