CN111141727A - 一种评价催化材料的催化氧化性能的方法 - Google Patents

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宋德安
宁扬
于卫松
鲁世军
邓小波
高勇
谢小丹
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Fujian Co Of China National Tobacco Corp
SICHUAN TOBACCO Corp LIANGSHANZHOU BRANCH
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Abstract

本发明公开了一种评价催化材料的催化氧化性能的方法。所述方法包括如下步骤：将卷烟焦油提取物分别加入至不同的含有催化材料的催化体系中，得到化学发光信号；通过比较所述化学发光信号的强度实现对所述催化材料的催化氧化性能的评价：所述化学发光信号的强度由大到小，表明所对应的所述催化材料的催化氧化性能依次降低。本发明通过将卷烟焦油提取物与催化材料的异相催化体系混合，则卷烟焦油提取物与催化材料之间会发生化学发光反应，通过比较发光强度进而评价材料性能，发光强度大者，材料性能好，反之，性能差。本发明方法能够适用于不同的材料，实现材料性能的快速评价。

Description

一种评价催化材料的催化氧化性能的方法
技术领域
本发明涉及一种评价催化材料的催化氧化性能的方法，属于材料科学领域。
背景技术
材料科学是目前发展迅速的一门新兴学科。由于具有一些独特的表面性质，如催化性能，各种不同材料已被广泛应用于生产生活的各个领域，尤其是近年来随着纳米科技的兴起，人们发现材料尺寸到纳米维度时表现出了更加优异的性能。为了得到材料的最优性能，研究人员通常会在一系列不同条件下合成材料，然后对这些材料性能进行评价表征。例如，在异相Fenton催化中需要对众多材料的催化氧化性能进行快速评价，进而筛选出性能最优者。然而目前的评价技术手段大多基于反应类型在特定的反应器中进行，通过尺度缩小但形式相同的实验方法进行。这类方法存在操作复杂、方法繁琐耗时等问题，无法满足材料催化氧化性能的快速评价，同时也存在不同反应体系的评价方法不通用等问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种评价催化材料的催化氧化性能的方法，本发明通过卷烟焦油提取物与催化材料之间发生化学发光反应，通过比较发光强度进而评价材料性能，适用于不同的材料，实现材料性能的快速评价。
本发明所提供的评价催化材料的催化氧化性能的方法，包括如下步骤：
将卷烟焦油提取物分别加入至不同的含有催化材料的催化体系中，得到化学发光信号；通过比较所述化学发光信号的强度实现对所述催化材料的催化氧化性能的评价：所述化学发光信号的强度由大到小，表明所对应的所述催化材料的催化氧化性能依次降低。
本发明方法中，所述催化材料可为零价态金属材料、过渡金属氧化剂材料、金属物种负载型材料、金属离子原位掺杂型材料、单一金属反应中心材料、晶格氧诱发双反应中心材料或表面有机配体诱发双反应中心材料；
所述催化材料具体可为Fe0、Cu0、Fe3O4、α-Fe2O3、γ-Fe2O3、FeOOH、Fe5HO8·4H2O、CoFe2O4、MnFe2O4、FeOCl、Fe2O3/SiO2、Fe-Mn/γ-Al2O3、LaTi0.4Cu0.6O3、γ-Cu-Al2O3、d-TiCuAl-SiO2、OH-CCN/CuCo-Al2O3等。
本发明方法中，所述催化体系可为所述催化材料和下述试剂中任一种形成的异相催化体系：
双氧水、过二硫酸盐和过一硫酸盐。
本发明方法中，所述催化体系为中性体系、酸性体系或碱性体系，即本发明方法不受pH值的影响，可检测pH值为0～14的任何体系。
本发明方法中，所述卷烟焦油提取物由溶剂提取卷烟焦油得到；
所述溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、乙腈、乙酸乙酯、丙酮、二氯甲烷、氯仿、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、甲酸、乙酸和水中的至少一种。
本发明方法中，采用超声振荡的方式进行提取；
所述超声振荡的条件为：
温度小于70℃，时间为10min～30min，功率为200～500W。
本发明通过将卷烟焦油提取物与催化材料的异相催化体系混合，则卷烟焦油提取物与催化材料之间会发生化学发光反应，通过比较发光强度进而评价材料性能，发光强度大者，材料性能好，反之，性能差。本发明方法能够适用于不同的材料，实现材料性能的快速评价。
附图说明
图1为本发明实施例1中卷烟焦油提取物(3.5mg/mL)在中性条件下与三种异相催化材料(1.0mg/mL)(CoFe2O4、MnFe2O4和FeOCl)/H2O2(0.1M)体系(a)以及不同质量浓度的FeOCl催化材料(0.05、0.08、0.1、0.2、0.5mg/mL)/H2O2(0.1M)体系(b)的化学发光动力学曲线。
图2为本发明实施例2中罗丹明B在三种异相催化材料(1.0mg/mL)(CoFe2O4、MnFe2O4和FeOCl)/H2O2(0.1M)体系(a)以及不同质量浓度的FeOCl催化材料(0.05、0.08、0.1、0.2、0.5mg/mL)/H2O2(0.1M)体系(b)中的降解效率。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
下述实施例中所用的卷烟焦油提取物按照下述方法制备：使用吸烟机一次抽吸20根卷烟，将抽吸得到的烟气通过滤片截留其中的烟气粒相物，得到负载有卷烟焦油的滤片；完毕后将滤片剪成条状加入到40mL甲醇中进行超声波提取20min(超声功率：400W)，过0.45μm的有机相滤膜，最后收集滤液得到卷烟焦油提取物。
实施例1、卷烟焦油提取物与不同种类催化材料以及不同浓度催化材料的化学发光强度比较
将卷烟焦油提取物(3.5mg/mL)分别加入到三种异相催化材料CoFe2O4/H2O2、MnFe2O4/H2O2和FeOCl/H2O2三种异相催化体系以及不同质量浓度的FeOCl催化材料(0.05、0.08、0.1、0.2、0.5mg/mL)/H2O2(0.1M)体系中，分别测定它们的化学发光强度，结果如图1所示。
由图1(a)可以看出，在中性条件下，FeOCl/H2O2体系的化学发光强度明显强于CoFe2O4/H2O2和MnFe2O4/H2O2体系，而MnFe2O4/H2O2体系化学发光强度高于CoFe2O4/H2O2，说明中性条件下三种材料催化性能大小排序为：FeOCl>MnFe2O4>CoFe2O4。
由图1(b)可以看出，在中性条件下，随着FeOCl浓度的增加，化学发光强度随之线性增强，表明该体系的催化氧化性能随着FeOCl浓度增加而增强。
实施例2、罗丹明B在不同种类催化材料以及不同浓度催化材料体系中的降解效率比较
为验证该方法对评价材料催化性能的可靠性，考察了罗丹明B在三种异相催化材料(1.0mg/mL)(CoFe2O4、MnFe2O4和FeOCl)/H2O2(0.1M)体系以及不同质量浓度的FeOCl催化材料(0.05、0.08、0.1、0.2、0.5mg/mL)/H2O2(0.1M)体系中的降解效率，结果如图2所示。
由图2(a)可以看出，三种催化材料对罗丹明B的降解效率大小排序为：FeOCl>MnFe2O4>CoFe2O4，与化学发光强度大小排序一致(图1(a))。
由图2(b)可以看出，罗丹明B的降解效率随FeOCl浓度升高而增大，与化学发光强度大小排序一致(图1(b))。
以上结果表明本发明方法能够实现不同材料催化性能的快速准确评价。

Claims (6)

1.一种评价催化材料的催化氧化性能的方法，包括如下步骤：
将卷烟焦油提取物分别加入至不同的含有催化材料的催化体系中，得到化学发光信号；通过比较所述化学发光信号的强度实现对所述催化材料的催化氧化性能的评价：所述化学发光信号的强度由大到小，表明所对应的所述催化材料的催化氧化性能依次降低。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述催化材料为零价态金属材料、过渡金属氧化剂材料、金属物种负载型材料、金属离子原位掺杂型材料、单一金属反应中心材料、晶格氧诱发双反应中心材料或表面有机配体诱发双反应中心材料。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述催化体系为所述催化材料和下述试剂中任一种形成的异相催化体系：
双氧水、过二硫酸盐和过一硫酸盐。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于：所述催化体系为中性体系、酸性体系或碱性体系。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于：所述卷烟焦油提取物由溶剂提取卷烟焦油得到；
所述溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、乙腈、乙酸乙酯、丙酮、二氯甲烷、氯仿、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、甲酸、乙酸和水中的至少一种中的至少一种。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：采用超声振荡的方式进行提取；
所述超声振荡的条件为：
温度小于70℃，时间为10min～30min，功率为200～500W。
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