CN116673029A - 过渡金属负载的生物质碳基催化剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开过渡金属负载的生物质碳基催化剂及其制备方法和应用；生物质碳基催化剂中，过渡金属纳米颗粒负载在生物质碳的多孔碳骨架上和/或生物质碳的多孔结构中；生物质碳来源为废弃纤维板。其制备方法包括：步骤(1)、将废弃纤维板粉碎并过筛，得到纤维板粉末；步骤(2)、将纤维板粉末和过渡金属盐加入水中充分搅拌混合均匀后，烘干水分，得到固体粉末A；步骤(3)、将固体粉末A研磨后，收集备用，得到前驱体粉末；步骤(4)、将前驱体粉末置于管式炉中进行碳化，碳化结束得到固体粉末B；步骤(5)、将固体粉末B洗涤后进行干燥。将该催化剂用于催化还原对硝基苯酚具有较高的催化效率和重复性。
Description
技术领域
本发明涉及对硝基苯酚还原技术领域。具体地说是过渡金属负载的生物质碳基催化剂及其制备方法和应用。
背景技术
对硝基苯酚是一种典型的酚类污染物，常见于染料、医药和油漆等行业排放的废水中。对硝基苯酚具有很强的富集性、生物积累性以及强烈的毒害性，可以通过水体进入人的食物链中，给人类造成严重的健康威胁。因此，有必要开发一种低成本高效率的方法来去除对硝基苯酚。目前，对硝基苯酚的常用处理方法有物理吸附法、生物降解法和催化还原法，但物理吸附法和生物降解法对对硝基苯酚的去除效果及效率都有一定的局限性。物理吸附法只是将污染物富集到吸附剂上，并没有从根源上去解决污染物的存在问题，同时还会对环境造成二次污染。生物降解法中，微生物的分离和培养时间长、降解慢且恢复周期长。相比之下，催化还原法的转化率高、催化效率高、反应条件温和，具有广阔的发展前景和极高的应用价值。此外，转化产物对氨基苯酚也是一种重要的化学中间体，可用于合成药物、染料、显像剂等。
对硝基苯酚催化还原路线的关键是设计和开发高效且稳定的催化剂。贵金属基催化剂通常具有较好的催化性能，但其储量有限，使用成本较高。过渡非贵金属基催化剂的成本较贵金属低，但其稳定性差，烧结过程易团聚，还存在金属浸出和金属腐蚀等问题。而碳材料成本低、来源广泛、稳定性高、结构可调，是一种高效且经济实惠的非金属催化剂，具有广阔的应用前景。然而纯碳材料具有化学惰性，催化能力较弱。为此常见的改进策略是，掺杂外源原子进而调控化学结构，引入新的催化活性位点，或以其为支撑体，进行活性位点负载，负载的金属颗粒包括铜、钴、镍等。负载型碳基催化剂不仅成本低，导电性好，还解决了金属分散问题。
相较传统的碳材料，生物质碳因其绿色环保性及生物相容性受到了学者的关注。其中纤维板是一种富含氮元素的生物质材料，被广泛应用于家具、室内装潢、建筑等领域，与此同时每年也产生了大量的废弃纤维板及其制品。目前我国处理废弃纤维板的方式主要为填埋和焚烧，仅有小部分被回收利用。然而纤维板及其制品含有脲醛树脂等化工材料，填埋处理不仅占用土地、增加运输成本，如果处理不当的话，还会污染土壤和水源，对环境产生危害。燃烧处理虽然可以高效处理废弃纤维板，但焚烧过程会生成有害气体，如NOx，严重污染大气环境。因此，充分回收利用废弃人造板不仅能够提高废弃资源利用率，还能减少污染。而纤维板同时含有丰富的氮元素和碳元素，可制备为氮碳材料，但是目前还未有研究将纤维板制备成氮碳材料，构建过渡金属负载的催化剂用于催化对硝基苯酚还原。
因此，开发一种以废弃纤维板和金属盐为原料的过渡金属负载的碳基催化剂并将其用于催化对硝基苯酚还原很有必要。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种过渡金属负载的生物质碳基催化剂及其制备方法和应用，以解决现有的对硝基苯酚还原催化剂稳定性差、成本高，以及废弃纤维板处理造成的污染和浪费问题。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
过渡金属负载的生物质碳基催化剂，过渡金属纳米颗粒负载在生物质碳的多孔碳骨架上和/或生物质碳的孔隙结构中；生物质碳来源为废弃纤维板。
过渡金属负载的生物质碳基催化剂的制备方法，包括如下步骤：
步骤(1)、将废弃纤维板粉碎并过筛，得到纤维板粉末；
步骤(2)、将纤维板粉末和过渡金属盐加入水中充分搅拌混合均匀后，烘干水分，得到固体粉末A；
步骤(3)、将固体粉末A研磨后，收集备用，得到前驱体粉末；
步骤(4)、将前驱体粉末置于管式炉中进行碳化，碳化结束得到固体粉末B；
步骤(5)、将固体粉末B洗涤后进行干燥，干燥结束后即得到过渡金属负载的生物质碳基催化剂；过渡金属纳米颗粒负载在生物质碳的多孔碳骨架上和/或生物质碳的孔隙结构中。
本发明的过渡金属负载的生物质碳基催化剂由废弃纤维板和金属盐(如铜、镍、钴等)的混合物经一步碳化获得，其中纤维板碳化形成多孔碳骨架结构，纤维板中含有的氮能够产生电荷调控，并使得金属颗粒均匀的分散和锚定在多孔碳骨架上。本发明制备的催化剂在对硝基苯酚催化还原中展现了较高的活性，且具有优异的稳定性和重复使用性。此外，催化剂制备过程简单可控、制备成本低、可批量化制备，同时充分利用了废弃生物质资源，不仅提高了废弃纤维板的附加值，还解决了废弃纤维板燃烧处理排放NOx的问题，可广泛应用于催化还原工业废水中的对硝基苯酚。
上述过渡金属负载的生物质碳基催化剂的制备方法，纤维板粉末中碳的含量为45～50wt％，氮的含量为5～10wt％，氢的含量为3～7wt％，硫的含量为0.1～0.5wt％；过渡金属盐为硝酸铜、醋酸铜、硝酸钴、醋酸钴、硝酸镍或醋酸镍中的一种或两种及两种以上的混合物。
上述过渡金属负载的生物质碳基催化剂的制备方法，步骤(1)中，过筛时，先将废弃纤维板粉末过120目筛，取120目筛下物；再将120目筛下物过140目筛，取140目筛上物，即得到纤维板粉末。
上述过渡金属负载的生物质碳基催化剂的制备方法，步骤(2)中，纤维板粉末和过渡金属盐的质量之比为100:(2～50)；过渡金属盐与水的质量之比为1:120～2000。
上述过渡金属负载的生物质碳基催化剂的制备方法，步骤(4)中，碳化条件为：在氩气氛围下，以10℃/mi n的升温速率升至700～900℃，保温4h。若升温速率过快则不利于初始孔隙的形成；保温时间过短会导致原料碳化不充分，碳材料的孔隙结构不能达到理想状态。
上述过渡金属负载的生物质碳基催化剂的制备方法，步骤(4)中，通入氩气时，先向管式炉中以100mL/mi n的速率通入氩气30mi n以排尽管路中的空气，然后再以40mL/min的氩气流速持续向管式炉中通入氩气并开始升温。
上述过渡金属负载的生物质碳基催化剂的制备方法，步骤(2)中，烘干水分时的温度为70～85℃；步骤(3)中，前驱体粉末的粒径为0.105mm～0.125mm；粒径过大会导致前驱体比表面积不足，达不到理想的碳化效果。
上述过渡金属负载的生物质碳基催化剂的制备方法，步骤(5)中，先依次用超纯水和乙醇分别洗涤至少3次，以洗去游离的金属离子以及其他溶于水和乙醇的物质；然后置于40℃真空干燥箱中干燥12h。
过渡金属负载的生物质碳基催化剂的应用，利用上述过渡金属负载的生物质碳基催化剂催化还原对硝基苯酚。
本发明的技术方案取得了如下有益的技术效果：
1、本发明所制备的负载型碳基催化剂不仅成本低，导电性好，还解决了金属分散问题；利用废弃纤维板衍生物作为氮碳载体，不仅提高了其附加值，实现了资源的高效利用，还降低了废弃纤维板燃烧处理过程中的NOx排放，有利于实现“双碳”目标；纤维板中胶黏剂富含的氮元素不仅能够产生电荷调控，还有利于锚定金属颗粒并使其分散均匀，从而提升催化活性。
2、本发明通过一步热解法制备得到生物质碳基催化剂，制备过程简单，所用的试剂毒性小且成本低；通过各种表征及实验证明该催化剂对催化对硝基苯酚还原具有高效的催化效果和理想的重复性，且催化对硝基苯酚还原没有副产物产生。
附图说明
图1本发明实施例1铜负载生物质碳基催化剂的扫描电镜图(SEM)；
图2本发明实施例2铜负载生物质碳基催化剂的透射电镜图(TEM)；
图3本发明实施例3铜负载生物质碳基催化剂的扫描电镜图(SEM)；
图4本发明实施例4镍负载生物质碳基催化剂的X射线衍射图(XRD)；
图5本发明实施例5钴负载生物质碳基催化剂的X射线衍射图(XRD)；
图6本发明实施例1铜负载生物质碳基催化剂催化对硝基苯酚还原的紫外-可见吸收光谱图；
图7本发明实施例2铜负载生物质碳基催化剂催化对硝基苯酚还原的紫外-可见吸收光谱图；
图8本发明实施例3铜负载生物质碳基催化剂催化对硝基苯酚还原的反应速率图；
图9本发明实施例5钴负载生物质碳基催化剂催化对硝基苯酚还原的紫外-可见吸收光谱图。
具体实施方式
实施例1
本实施例中过渡金属负载的生物质碳基催化剂采用如下步骤制备：
步骤(1)、将废弃纤维板粉碎并过筛，得到纤维板粉末；废弃纤维板的碳含量为48.72％，氮含量为6.15％，氢含量为5.98％，硫含量为0.22％；过筛时，先将废弃纤维板粉末过120目筛，取120目筛下物；再将120目筛下物过140目筛，取140目筛上物，即得到纤维板粉末；
步骤(2)、将纤维板粉末和过渡金属盐加入超纯水中，在磁力搅拌下充分搅拌混合均匀后，然后置于烘箱中于80℃烘干水分，得到固体粉末A；过渡金属盐为三水合硝酸铜；纤维板粉末和过渡金属盐的质量之比为100:3；过渡金属盐与水的质量之比为1:2000；
步骤(3)、将固体粉末A研磨后，收集备用，得到前驱体粉末；前驱体粉末的粒径为0.105mm～0.125mm；
步骤(4)、将1g前驱体粉末置于磁舟中，转移至管式电阻炉中进行碳化，碳化结束得到黑色的固体粉末B；碳化条件为：在氩气氛围下，以10℃/mi n的升温速率升至700℃，保温4h；通入氩气时，先向管式炉中以100mL/mi n的速率通入氩气30mi n以排尽管路中的空气，然后再以40mL/mi n的氩气流速持续向管式炉中通入氩气并开始升温；
步骤(5)、将固体粉末B先依次用超纯水和乙醇分别洗涤至少3次，然后置于40℃真空干燥箱中干燥12h，干燥结束后即得到过渡金属负载的生物质碳基催化剂；
本实施例制备的铜负载生物质碳基催化剂中，过渡金属纳米颗粒负载在生物质碳的多孔碳骨架上和生物质碳的多孔结构中；铜负载生物质碳基催化剂的扫描电镜图如图1所示，从图中可以看到生物质原本的孔道结构被保留，大量铜纳米颗粒均匀的负载在生物质碳的表面及孔结构中。
实施例2
本实施例中过渡金属负载的生物质碳基催化剂采用如下步骤制备：
步骤(1)、将废弃纤维板粉碎并过筛，得到纤维板粉末；废弃纤维板的碳含量为48.72％，氮含量为6.15％，氢含量为5.98％，硫含量为0.22％；过筛时，先将废弃纤维板粉末过120目筛，取120目筛下物；再将120目筛下物过140目筛，取140目筛上物，即得到纤维板粉末；
步骤(2)、将纤维板粉末和过渡金属盐加入超纯水中，在磁力搅拌下充分搅拌混合均匀后，然后置于烘箱中于80℃烘干水分，得到固体粉末A；过渡金属盐为三水合硝酸铜；纤维板粉末和过渡金属盐的质量之比为100:3；过渡金属盐与水的质量之比为1:2000；
步骤(3)、将固体粉末A研磨后，收集备用，得到前驱体粉末；前驱体粉末的粒径为0.105mm～0.125mm；
步骤(4)、将1g前驱体粉末置于磁舟中，转移至管式电阻炉中进行碳化，碳化结束得到黑色的固体粉末B；碳化条件为：在氩气氛围下，以10℃/mi n的升温速率升至800℃，保温4h；通入氩气时，先向管式炉中以100mL/mi n的速率通入氩气30mi n以排尽管路中的空气，然后再以40mL/mi n的氩气流速持续向管式炉中通入氩气并开始升温；
步骤(5)、将固体粉末B先依次用超纯水和乙醇分别洗涤至少3次，然后置于40℃真空干燥箱中干燥12h，干燥结束后即得到过渡金属负载的生物质碳基催化剂；
本实施例制备的铜负载生物质碳基催化剂中，过渡金属纳米颗粒负载在生物质碳的多孔碳骨架上和生物质碳的多孔结构中；铜负载生物质碳基催化剂的透射电镜图如图2所示，从图中可以看到铜纳米颗粒均匀的负载在了生物碳骨架上，但是有部分铜颗粒发生了团聚，形成较大的颗粒。
实施例3
本实施例中过渡金属负载的生物质碳基催化剂采用如下步骤制备：
步骤(1)、将废弃纤维板粉碎并过筛，得到纤维板粉末；废弃纤维板的碳含量为48.72％，氮含量为6.15％，氢含量为5.98％，硫含量为0.22％；过筛时，先将废弃纤维板粉末过120目筛，取120目筛下物；再将120目筛下物过140目筛，取140目筛上物，即得到纤维板粉末；
步骤(2)、将纤维板粉末和过渡金属盐加入超纯水中，在磁力搅拌下充分搅拌混合均匀后，然后置于烘箱中于80℃烘干水分，得到固体粉末A；过渡金属盐为三水合硝酸铜；纤维板粉末和过渡金属盐的质量之比为100:3；过渡金属盐与水的质量之比为1:2000；
步骤(3)、将固体粉末A研磨后，收集备用，得到前驱体粉末；前驱体粉末的粒径为0.105mm～0.125mm；
步骤(4)、将1g前驱体粉末置于磁舟中，转移至管式电阻炉中进行碳化，碳化结束得到黑色的固体粉末B；碳化条件为：在氩气氛围下，以10℃/mi n的升温速率升至900℃，保温4h；通入氩气时，先向管式炉中以100mL/mi n的速率通入氩气30mi n以排尽管路中的空气，然后再以40mL/mi n的氩气流速持续向管式炉中通入氩气并开始升温；
步骤(5)、将固体粉末B先依次用超纯水和乙醇分别洗涤至少3次，然后置于40℃真空干燥箱中干燥12h，干燥结束后即得到过渡金属负载的生物质碳基催化剂；
本实施例制备的铜负载生物质碳基催化剂中，过渡金属纳米颗粒负载在生物质碳的多孔碳骨架上和生物质碳的多孔结构中；铜负载生物质碳基催化剂的扫描电镜图如图3所示，从图中可以看到生物质原本的孔道结构被保留，且铜颗粒大多负载在生物质的孔道结构里。
实施例4
本实施例中过渡金属负载的生物质碳基催化剂采用如下步骤制备：
步骤(1)、将废弃纤维板粉碎并过筛，得到纤维板粉末；废弃纤维板的碳含量为48.72％，氮含量为6.15％，氢含量为5.98％，硫含量为0.22％；过筛时，先将废弃纤维板粉末过120目筛，取120目筛下物；再将120目筛下物过140目筛，取140目筛上物，即得到纤维板粉末；
步骤(2)、将纤维板粉末和过渡金属盐加入超纯水中，在磁力搅拌下充分搅拌混合均匀后，然后置于烘箱中于80℃烘干水分，得到固体粉末A；过渡金属盐为六水合硝酸镍；纤维板粉末和过渡金属盐的质量之比为2:1；过渡金属盐与水的质量之比为1:120；
步骤(3)、将固体粉末A研磨后，收集备用，得到前驱体粉末；前驱体粉末的粒径为0.105mm～0.125mm；
步骤(4)、将1g前驱体粉末置于磁舟中，转移至管式电阻炉中进行碳化，碳化结束得到黑色的固体粉末B；碳化条件为：在氩气氛围下，以10℃/mi n的升温速率升至700℃，保温4h；通入氩气时，先向管式炉中以100mL/mi n的速率通入氩气30mi n以排尽管路中的空气，然后再以40mL/mi n的氩气流速持续向管式炉中通入氩气并开始升温；
步骤(5)、将固体粉末B先依次用超纯水和乙醇分别洗涤至少3次，然后置于40℃真空干燥箱中干燥12h，干燥结束后即得到过渡金属负载的生物质碳基催化剂；
本实施例制备的镍负载生物质碳基催化剂中，过渡金属纳米颗粒负载在生物质碳的多孔碳骨架上和生物质碳的多孔结构中，如图4为本实施例制备的镍负载生物质碳基催化剂的X射线衍射图，从图中可以发现位于44.5°、51.8°和76.4°的三个峰，分别对应于镍的三个特征峰，表明单质镍纳米颗粒成功地负载在了生物质碳上。
实施例5
本实施例中过渡金属负载的生物质碳基催化剂采用如下步骤制备：
步骤(1)、将废弃纤维板粉碎并过筛，得到纤维板粉末；废弃纤维板的碳含量为48.72％，氮含量为6.15％，氢含量为5.98％，硫含量为0.22％；过筛时，先将废弃纤维板粉末过120目筛，取120目筛下物；再将120目筛下物过140目筛，取140目筛上物，即得到纤维板粉末；
步骤(2)、将纤维板粉末和过渡金属盐加入超纯水中，在磁力搅拌下充分搅拌混合均匀后，然后置于烘箱中于80℃烘干水分，得到固体粉末A；过渡金属盐为六水合硝酸钴；纤维板粉末和过渡金属盐的质量之比为5:2；过渡金属盐与水的质量之比为1:150；
步骤(3)、将固体粉末A研磨后，收集备用，得到前驱体粉末；前驱体粉末的粒径为0.105mm～0.125mm；
步骤(4)、将1g前驱体粉末置于磁舟中，转移至管式电阻炉中进行碳化，碳化结束得到黑色的固体粉末B；碳化条件为：在氩气氛围下，以10℃/mi n的升温速率升至700℃，保温4h；通入氩气时，先向管式炉中以100mL/mi n的速率通入氩气30mi n以排尽管路中的空气，然后再以40mL/mi n的氩气流速持续向管式炉中通入氩气并开始升温；
步骤(5)、将固体粉末B先依次用超纯水和乙醇分别洗涤至少3次，然后置于40℃真空干燥箱中干燥12h，干燥结束后即得到过渡金属负载的生物质碳基催化剂；
本实施例制备的钴负载生物质碳基催化剂中，过渡金属纳米颗粒负载在生物质碳的多孔碳骨架上和生物质碳的多孔结构中。如图5为本实施例制备的钴负载生物质碳基催化剂的X射线衍射图，从图中可以发现位于44.2°、51.5°和75.8°的三个峰，分别对应于钴的三个特征峰，表明单质钴纳米颗粒成功地负载在了生物质碳上。由于该催化剂具有较强的磁性，因此没有进行电镜扫描。
实施例6
将实施例1制备的铜负载的生物质碳基催化剂用于催化还原对硝基苯酚，具体包括如下步骤：
1)将2mL的对硝基苯酚水溶液(10mM)加入到188mL的去离子水中，用紫外-可见分光光度计测量对硝基苯酚的浓度(扫描范围为200-500nm)；
2)在反应溶液中加入300mg的硼氢化钠(对硝基苯酚4-NP与NaBH4的摩尔比为1:400)，测量其浓度，即0mi n时的浓度；
3)称取10mg实施例1制备的铜负载生物质碳基催化剂在10mL超纯水中均匀分散后，全部加入反应溶液中，同时开始计时；催化剂分散在超声波清洗器或者细胞粉碎机中进行；反应全程伴随磁力搅拌；
4)每隔一分钟用针管抽取溶液，用滤头过滤至比色皿，在紫外-可见分光光度计中测量浓度，直至反应结束，即400nm处的峰完全消失。
图6为实施例1制备的铜负载生物质碳基催化对硝基苯酚还原的紫外-可见吸收光谱图。从图中可以看出在加入催化剂后，400nm处对应于对硝基苯酚离子的特征峰逐渐下降，并在300nm处出现了一个新的特征峰，表明对硝基苯酚离子逐渐转化成了对氨基苯酚，在反应5mi n后，400nm处的特征峰消失，且在224、244、281和313nm处没有出现特征峰，表明反应没有生产其他副产物，对硝基苯酚在5mi n内完全转化成了对氨基苯酚。
实施例7
将实施例2制备的铜负载的生物质碳基催化剂用于催化还原对硝基苯酚，具体包括如下步骤：
1)将2mL的对硝基苯酚水溶液(10mM)加入到188mL的去离子水中，用紫外-可见分光光度计测量对硝基苯酚的浓度(扫描范围为200-500nm)；
2)在反应溶液中加入300mg的硼氢化钠(对硝基苯酚4-NP与NaBH4的摩尔比为1:400)，测量其浓度，即0mi n时的浓度；
3)称取10mg实施例2制备的铜负载生物质碳基催化剂在10mL超纯水中均匀分散后，全部加入反应溶液中，同时开始计时；催化剂分散在超声波清洗器或者细胞粉碎机中进行；反应全程伴随磁力搅拌；
4)每隔一分钟用针管抽取溶液，用滤头过滤至比色皿，在紫外-可见分光光度计中测量浓度，直至反应结束，即400nm处的峰完全消失。
图7为实施例2制备的铜负载生物质碳基催化对硝基苯酚还原的紫外-可见吸收光谱图。从图中可以看出在加入催化剂后，400nm处对应于对硝基苯酚离子的特征峰逐渐下降，并在300nm处出现了一个新的特征峰，表明对硝基苯酚离子逐渐转化成了对氨基苯酚，在反应7mi n后，400nm处的特征峰消失，且在224、244、281和313nm处没有出现特征峰，表明反应没有生产其他副产物，对硝基苯酚在7mi n内完全转化成了对氨基苯酚。
实施例8
将实施例3制备的铜负载的生物质碳基催化剂用于催化还原对硝基苯酚，具体包括如下步骤：
1)将2mL的对硝基苯酚水溶液(10mM)加入到188mL的去离子水中，用紫外-可见分光光度计测量对硝基苯酚的浓度(扫描范围为200-500nm)；
2)在反应溶液中加入300mg的硼氢化钠(对硝基苯酚4-NP与NaBH4的摩尔比为1:400)，测量其浓度，即0mi n时的浓度；
3)称取10mg实施例3制备的铜负载生物质碳基催化剂在10mL超纯水中均匀分散后，全部加入反应溶液中，同时开始计时；催化剂分散在超声波清洗器或者细胞粉碎机中进行；反应全程伴随磁力搅拌；
4)每隔一分钟用针管抽取溶液，用滤头过滤至比色皿，在紫外-可见分光光度计中测量浓度，直至反应结束，即400nm处的峰完全消失。
图8是实施例3制备的铜负载生物质碳基催化剂的催化性能图，从图中可以看出，该催化反应的表观催化速率为0.522mi n-1。
实施例9
将实施例5制备的钴负载的生物质碳基催化剂用于催化还原对硝基苯酚，具体包括如下步骤：
1)将2mL的对硝基苯酚水溶液(10mM)加入到188mL的去离子水中，用紫外-可见分光光度计测量对硝基苯酚的浓度(扫描范围为200-500nm)；
2)在反应溶液中加入300mg的硼氢化钠(对硝基苯酚4-NP与NaBH4的摩尔比为1:400)，测量其浓度，即0mi n时的浓度；
3)称取10mg实施例5制备的钴负载生物质碳基催化剂在10mL超纯水中均匀分散后，全部加入反应溶液中，同时开始计时；催化剂分散在超声波清洗器或者细胞粉碎机中进行；反应全程伴随磁力搅拌；
4)每隔一分钟用针管抽取溶液，用滤头过滤至比色皿，在紫外-可见分光光度计中测量浓度，直至反应结束，即400nm处的峰完全消失。
图9为实施例5制备的钴负载生物质碳基催化对硝基苯酚还原的紫外-可见吸收光谱图。从图中可以看出在加入催化剂后，400nm处对应于对硝基苯酚离子的特征峰逐渐下降，并在300nm处出现了一个新的特征峰，表明对硝基苯酚离子逐渐转化成了对氨基苯酚，在反应11mi n后，400nm处的特征峰消失，且在224、244、281和313nm处没有出现特征峰，表明反应没有生产其他副产物，对硝基苯酚在11mi n内完全转化成了对氨基苯酚。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本专利申请权利要求的保护范围之中。
Claims (10)
1.过渡金属负载的生物质碳基催化剂，其特征在于，过渡金属纳米颗粒负载在生物质碳的多孔碳骨架上和/或生物质碳的孔隙结构中；生物质碳来源为废弃纤维板。
2.过渡金属负载的生物质碳基催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤(1)、将废弃纤维板粉碎并过筛，得到纤维板粉末；
步骤(2)、将纤维板粉末和过渡金属盐加入水中充分搅拌混合均匀后，烘干水分，得到固体粉末A；
步骤(3)、将固体粉末A研磨后，收集备用，得到前驱体粉末；
步骤(4)、将前驱体粉末置于管式炉中进行碳化，碳化结束得到固体粉末B；
步骤(5)、将固体粉末B洗涤后进行干燥，干燥结束后即得到过渡金属负载的生物质碳基催化剂；过渡金属纳米颗粒负载在生物质碳的多孔碳骨架上和/或生物质碳的孔隙结构中。
3.根据权利要求2所述的过渡金属负载的生物质碳基催化剂的制备方法，其特征在于，纤维板粉末中碳的含量为45～50wt％，氮的含量为5～10wt％，氢的含量为3～7wt％，硫的含量为0.1～0.5wt％；过渡金属盐为硝酸铜、醋酸铜、硝酸钴、醋酸钴、硝酸镍或醋酸镍中的一种或两种及两种以上的混合物。
4.根据权利要求2所述的过渡金属负载的生物质碳基催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，过筛时，先将废弃纤维板粉末过120目筛，取120目筛下物；再将120目筛下物过140目筛，取140目筛上物，即得到纤维板粉末。
5.根据权利要求2所述的过渡金属负载的生物质碳基催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，纤维板粉末和过渡金属盐的质量之比为100:(2～50)；过渡金属盐与水的质量之比为1:120～2000。
6.根据权利要求2所述的过渡金属负载的生物质碳基催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，碳化条件为：在氩气氛围下，以10℃/min的升温速率升至700～900℃，保温4h。
7.根据权利要求6所述的过渡金属负载的生物质碳基催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，通入氩气时，先向管式炉中以100mL/min的速率通入氩气30min排尽管路中的空气，然后再以40mL/min的氩气流速持续向管式炉中通入氩气并开始升温。
8.根据权利要求2所述的过渡金属负载的生物质碳基催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，烘干水分时的温度为70～85℃；步骤(3)中，前驱体粉末的粒径为0.105mm～0.125mm。
9.根据权利要求2所述的过渡金属负载的生物质碳基催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，先依次用超纯水和乙醇分别洗涤至少3次，然后置于40℃真空干燥箱中干燥12h。
10.过渡金属负载的生物质碳基催化剂的应用，其特征在于，利用如权利要求1所述的过渡金属负载的生物质碳基催化剂催化还原对硝基苯酚。
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