CN112573593B - 一种利用机械化学制备氧化铱催化剂的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用机械化学制备氧化铱催化剂的方法，包括如下步骤：S1、机械化学合成：将铱盐和氢氧化物按摩尔比例1：(6～20)混合，然后在研磨设备中进行机械化学研磨；S2、煅烧处理：将步骤S1所得的研磨产物置于管式炉中进行煅烧；煅烧温度为400～700℃，煅烧时间为0.25～2h；S3、洗涤、干燥：将步骤S2所得的煅烧产物充分洗涤，然后干燥得到氧化铱粉末产品。本发明制备过程及设备要求简单，反应过程无污染，铱盐利用率高，且容易放大生产。

Description

一种利用机械化学制备氧化铱催化剂的方法
技术领域
本发明涉及无机材料合成技术领域，具体涉及一种利用机械化学制备氧化铱催化剂的方法。
背景技术
质子交换膜水电解制氢能在高电流密度下工作，占地面积小，产生氢气纯度高(99.999％以上)，是最具发展前景的制氢技术之一。氧化铱(IrO2)具有优异的析氧活性和稳定性，是质子交换膜水电解制氢所需的关键催化材料。
目前，氧化铱的制备方法主要有热氧化法、化学沉淀法、亚当斯(Admas)熔融法、溶胶-凝胶法等等。例如，铱粉在空气或氧气中加热至1000℃可以转化得到氧化铱。该方法中，氧化铱的尺寸与形貌主要取决于初始的铱粉，同时也会存在铱未完全被氧化的可能，造成部分铱不能被有效利用。化学沉淀法通常是向铱盐水溶液中加入碱(如氢氧化钠)反应得到氢氧化物(Ir(OH)3(H2O)3或者IrOx·nH2O)沉淀，然后通过煅烧得到氧化铱。在水溶液中，铱的化学价态以及存在形式可以发生可逆转变，从而导致反应条件需要得到精细控制，否则存在铱利用率低的问题，不适合大批量合成。亚当斯熔融法工艺简单且成熟，但反应中使用的过量硝酸钠会在高温下分解产生大量的氮氧化合物(NOx)，造成环境污染问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种利用机械化学制备氧化铱催化剂的方法，该方法制备过程及设备要求简单，反应过程无污染，铱盐利用率高，且容易放大生产。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种利用机械化学制备氧化铱催化剂的方法，包括如下步骤：
S1、机械化学合成：将铱盐和氢氧化物按摩尔比例1：(6～20)混合，然后在研磨设备中进行机械化学研磨；
S2、煅烧处理：将步骤S1所得的研磨产物置于管式炉中进行煅烧；煅烧温度为400～700℃，煅烧时间为0.25～2h；
S3、洗涤、干燥：将步骤S2所得的煅烧产物充分洗涤，然后干燥得到氧化铱粉末产品。
进一步地，所述的铱盐为氯铱酸、三氯化铱、四氯化铱、氯铱酸铵、醋酸铱、氯铱酸钠六水合物、氯铱酸钾、二羰基乙酰丙酮铱、羰酰二氢三(三苯基膦)铱、羰基氯双(三苯基磷基)铱、乙酰丙酮铱中的至少一种。
进一步地，所述的氢氧化物为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂、氢氧化钙中的至少一种。
进一步地，所述的研磨设备为篮式研磨机、珠磨机、三头研磨机、行星式研磨机、臼式研磨机中的一种。
进一步地，所述的步骤S1中，机械化学研磨时间为0.5～5h。
进一步地，所述的步骤S2中，煅烧氛围为空气、氧气、氮气中的一种。
进一步地，所述的步骤S2中，煅烧产物用去离子水洗涤次数为3～6次。
进一步地，所述的步骤S3中，干燥温度40～120℃，干燥时间为2～24h。
本发明的有益效果在于：
①本发明方法具有反应条件温和、流程简单、设备要求不高、生产成本低的特点，易于扩大生产制备；
②本发明方法的制备过程无需使用溶剂，且无污染物排放问题；
③本发明方法的制备过程中反应物之间通过研磨充分混合接触，反应完全，且不存在溶剂带走损失问题，铱盐利用率高，可达98％以上。
附图说明
图1为本发明实施例1-5中的方法流程示意图；
图2为本发明实施例1所得产物的X射线衍射图；
图3为本发明实施例2所得产物的X射线衍射图；
图4为本发明实施例3所得产物的X射线衍射图；
图5为本发明实施例4所得产物的X射线衍射图；
图6为本发明实施例5所得产物的X射线衍射图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明作进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于本实施例。
实施例1
一种利用机械化学制备氧化铱催化剂的方法，如图1所示，包括如下步骤：
S1、机械化学合成：将氯铱酸(H2IrCl6·xH2O)加入氢氧化钠(NaOH)按摩尔比1:6加入研磨设备中，充分机械研磨60min；
S2、煅烧处理：将步骤S1所得的研磨产物置于管式炉中，在空气气氛下500℃退火30min；
S3、洗涤、干燥：对步骤S2所得煅烧产物采用去离子水洗涤6次，60℃温度下干燥12h。获得氧化铱粉末产品。
图2为本实施例所合成的氧化铱X射线衍射图。由图2可以看出，本实施例利用机械化学法成功制备了氧化铱。
实施例2
一种利用机械化学制备氧化铱催化剂的方法，如图1所示，包括如下步骤：
S1、机械化学合成：将三氯化铱(IrCl3·nH2O)加入氢氧化钠(NaOH)按摩尔比1:10加入玛瑙研磨中，充分机械研磨120min；
S2、煅烧处理：将步骤S1所得研磨产物置于管式炉中空气气氛下600℃退火45min；
S3、洗涤、干燥：对步骤S2所得煅烧产物采用去离子水洗涤6次，加入0.1M高氯酸洗涤10次，后用去离子水洗净，40℃温度下干燥24h。获得氧化铱粉末产品。
图3为本实施例所合成的氧化铱X射线衍射图。由图3可以看出，本实施例利用机械化学法成功制备了氧化铱。
实施例3
一种利用机械化学制备氧化铱催化剂的方法，如图1所示，包括如下步骤：
S1、机械化学合成：将氯铱酸(H2IrCl6·xH2O)加入氢氧化钾(KOH)按摩尔比1:12加入玛瑙研磨中，充分机械研磨240min；
S2、煅烧处理：将步骤S1所得研磨产物置于管式炉中氧气气氛下500℃退火30min；
S3、洗涤、干燥：对步骤S2所得煅烧产物采用去离子水洗涤6次，60℃温度下干燥12h。获得氧化铱粉末产品。
图4为本实施例所合成的氧化铱X射线衍射图。由图4可以看出，本实施例利用机械化学法成功制备了氧化铱。
实施例4
一种利用机械化学制备氧化铱催化剂的方法，如图1所示，包括如下步骤：
S1、机械化学合成：将三氯化铱(IrCl3·nH2O)加入氢氧化钠(NaOH)按摩尔比1:15加入研磨设备中，充分机械研磨30min；
S2、煅烧处理：将步骤S1所得的研磨产物置于管式炉中，在氧气气氛下400℃退火120min；
S3、洗涤、干燥：对步骤S2所得煅烧产物采用去离子水洗涤3次，加入0.1M高氯酸洗涤10次，后用去离子水洗净，100℃温度下干燥6h。获得氧化铱粉末产品。
图5为本实施例所合成的氧化铱X射线衍射图。由图5可以看出，本实施例利用机械化学法成功制备了氧化铱。
实施例5
一种利用机械化学制备氧化铱催化剂的方法，如图1所示，包括如下步骤：
S1、机械化学合成：将氯铱酸(H2IrCl6·xH2O)加入氢氧化钠(NaOH)按摩尔比1:20加入研磨设备中，充分机械研磨300min；
S2、煅烧处理：将步骤S1所得的研磨产物置于管式炉中，在氮气气氛下700℃退火15min；
S3、洗涤、干燥：对步骤S2所得煅烧产物采用去离子水洗涤3次，120℃温度下干燥2h。获得氧化铱粉末产品。
图6为本实施例所合成的氧化铱X射线衍射图。由图6可以看出，本实施例利用机械化学法成功制备了氧化铱。
表1实施案例中相关铱盐利用率
Figure BDA0002835764450000061
Figure BDA0002835764450000071
对于本领域的技术人员来说，可以根据以上的技术方案和构思，给出各种相应的改变和变形，而所有的这些改变和变形，都应该包括在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种利用机械化学制备氧化铱催化剂的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、机械化学合成：将铱盐和氢氧化物按摩尔比例1：（6～20）混合，然后在研磨设备中进行机械化学研磨；所述的研磨设备为篮式研磨机、珠磨机、三头研磨机、行星式研磨机、臼式研磨机中的一种；机械化学研磨时间为0.5～5h；所述的氢氧化物为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂、氢氧化钙中的至少一种；
S2、煅烧处理：将步骤S1所得的研磨产物置于管式炉中进行煅烧；煅烧温度为400～700℃，煅烧时间为0.25～2h；
S3、洗涤、干燥：将步骤S2所得的煅烧产物充分洗涤，然后干燥得到氧化铱粉末产品。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的铱盐为氯铱酸、三氯化铱、四氯化铱、氯铱酸铵、醋酸铱、氯铱酸钠六水合物、氯铱酸钾、二羰基乙酰丙酮铱、羰酰二氢三(三苯基膦)铱、羰基氯双(三苯基磷基)铱、乙酰丙酮铱中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤S2中，煅烧氛围为空气、氧气、氮气中的一种。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤S2中，煅烧产物用去离子水洗涤次数为3～6次。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤S3中，干燥温度40～120 ℃，干燥时间为2～24h。
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