新型多孔碳納米纖維載鈀納米粒子復合催化劑的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有微納米規(guī)整孔道結構的多孔碳纖維載鈀復合型催化劑的制備方法，通過多孔碳纖維的負載，可以提高催化劑穩(wěn)定性、防止貴金屬團聚，有效地改善催化劑的重復使用性能和極大地提高了貴金屬的利用率。多孔結構的存在，可以使得催化劑在實際應用過程中具有很高的活性，提高結構高分子材料參與電子轉移和傳輸性。此外，制備多孔碳纖維的方法簡便、無污染、致孔劑聚苯乙烯可回收利用、易于工業(yè)化生產(chǎn)，此催化劑在實際應用中具有更潛在的應用價值和經(jīng)濟價值。本發(fā)明所得到的一種新穎復合材料一多孔碳纖維載鈀復合型催化劑，具有較高的催化活性，制備方法簡單，在有機物合成及新材料應用方面有著廣泛的應用前景。
【專利說明】新型多孔碳納米纖維載鈀納米粒子復合催化劑的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于復合催化材料制備【技術領域】，涉及一種具有微納米規(guī)整孔道結構的多孔碳纖維載貴金屬復合催化材料的制備方法，具體涉及一種制備多孔碳纖維載鈀納米粒子復合催化劑的方法。
【背景技術】
[0002]作為一種廣泛應用的一維納米材料，碳納米纖維具有大的比表面積和高的長徑t匕，具備小尺寸效應、表面或界面效應、量子尺寸效應以及穩(wěn)定的化學性質(zhì)等優(yōu)異的特點，現(xiàn)今廣泛應用于超級電容器電極材料、航天航空、催化劑載體及水處理等諸多領域。但是碳納米纖維的表面主要以微孔結構居多，只能吸附小分子物質(zhì)，研究具有特定孔道結構的且具有大量中孔(孔徑為2-20nm)結構的多孔碳納米纖維及其負載的貴金屬納米粒子催化齊U，將具有非常重要的實際應用意義及經(jīng)濟價值。
[0003]復合結構納米材料不僅具有明顯增強的本征性能，而且還表現(xiàn)出許多新奇特性，突破了單一組分材料性能的局限，在新功能材料的研發(fā)、新能源的有效利用、環(huán)境保護與污染處理、生化醫(yī)藥等重要領域均表現(xiàn)出潛在的應用前景。其中無機/有機復合納米材料備受研究者關注，其應用前景廣泛。電紡絲法是構筑性能優(yōu)異的無機/有機復合納米纖維材料的一種高效、簡便、實用的方法，也是目前唯一能制得連續(xù)納米纖維的方法。Yang等在2003年首次報道了利用靜電紡絲技術制備Ag / PAN納米復合纖維，至此，靜電紡絲法制備復合納米纖維得到了廣泛的應用，經(jīng)過幾年的發(fā)展已在諸多領域取得非凡成就。由于鈀催化劑在催化偶聯(lián)反應、催化氧化及催化加氫反應中優(yōu)異的性能，一直是廣大研究者關注的焦點，此外，通過負載技術的應用，可以解決單一貴金屬粒子在實際應用中難回收、易聚集等問題，很大程度上提高了貴金屬的利用率，具備一定的經(jīng)濟價值和潛在的應用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種具有微納米規(guī)整孔道結構的多孔碳纖維載鈀復合型催化劑，通過貴金屬鈀納米粒子與多孔碳纖維的結合，可以提高催化劑穩(wěn)定性、防止貴金屬團聚，并且催化劑容易回收。多孔結構的存在，可以使得催化劑在應用過程中具有很高的活性，提高結構高分子材料參與電子轉移和傳輸性，此種催化劑在實際應用中具有更潛在的應用價值。
[0005]本發(fā)明的另一目的是提供上述復合催化劑的簡單，易操作，無污染的制備方法。
[0006]本發(fā)明所采用的技術方案是，一種制備碳纖維載鈀復合型催化劑的方法，具體按以下步驟進行。
[0007]I)以下述方案制備PAN / PS / PdCl2復合納米纖維膜；配制一定量的PAN / DMF溶液，PAN質(zhì)量分數(shù)為5?8 %，經(jīng)磁力攪拌至完全溶解，加入一定量的PdCl2固體攪拌12h后加入一定量的PS，PS與PAN摩爾比為10?50，攪拌至溶液混合均勻。將溶解均勻的混合溶液置于紡絲管中通過靜電紡絲技術制備PAN / PS / PdCl2復合納米纖維膜。[0008]2)將紡制的PAN / PS / PdCl2復合納米纖維膜投入到加氫釜中，用氮氣和氫氣分別置換3~5次后通入氫氣使釜壓達到2.5MPa，設定加熱溫度為100°C，反應5小時后取出樣品。
[0009]3)將得到的Pd / PS / PAN納米纖維膜平鋪于瓷舟置于管式爐中，經(jīng)過250°C預氧化2小時，450°C停留2小時及500°C的高溫碳化的程序升溫過程制備了具有微納米規(guī)整孔道結構的多孔碳納米纖維負載鈀納米粒子復合催化劑。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是鈀納米粒子(PdNPs) /多孔碳纖維(PCNFs)復合催化劑的掃描電鏡(SEM)圖；
[0011]圖2是Pd NPs / PCNFs復合催化劑的透射電鏡(TEM)圖；
[0012]圖3是Pd NPs / PCNFs復合催化劑的基本參數(shù)圖；
[0013]I代表Pd / PCNFs復合催化劑PS與PAN摩爾比為30 ；2代表Pd / PCNFs復合催化劑PS與PAN摩爾比為30?！揪唧w實施方式】
[0014]實施例1
[0015]將0.24gPAN加到2.6959g DMF溶液中，經(jīng)磁力攪拌至完全溶解，加入0.01618?(1(:12固體攪拌12h后加入0.048gPS，PS與PAN摩爾比為10，攪拌至溶液混合均勻。將溶解均勻的混合溶液置于紡絲管中通過靜電紡絲技術制備PAN / PS / PdCl2復合納米纖維膜，接收板與噴頭距離為18cm，紡絲電壓為16Kv。
[0016]將紡制的PAN / PS / PdCl2復合納米纖維膜投入到加氫釜中，壓緊釜蓋，用氮氣和氫氣分別置換3~5次后通入氫氣使釜壓達到2.5MPa，設定加熱溫度為100°C，反應5小時后取出樣品。
[0017]將得到的Pd / PS / PAN納米纖維膜平鋪于瓷舟置于管式爐中，空氣氛圍下以2° / min的升溫速率升溫至250°C預氧化2小時、氮氣氛圍下以2° / min的升溫速率升溫至450°C停留2小時，最后以2° / min的升溫速率升溫至500°C高溫碳化4小時，制備了具有微納米規(guī)整孔道結構的多孔碳納米纖維負載鈀納米粒子復合催化劑。
[0018]實施例2
[0019]將0.24gPAN加到2.7199g DMF溶液中，經(jīng)磁力攪拌至完全溶解，加入0.0161gPdCl2固體攪拌12h后加入0.024g PS, PS與PAN摩爾比為20，攪拌至溶液混合均勻。將溶解均勻的混合溶液置于紡絲管中通過靜電紡絲技術制備PAN / PS / PdCl2復合納米纖維膜，接收板與噴頭距離為18cm，紡絲電壓為16Kv。
[0020]將紡制的PAN / PS / PdCl2復合納米纖維膜投入到加氫釜中，壓緊釜蓋，用氮氣和氫氣分別置換3~5次后通入氫氣使釜壓達到2.5MPa，設定加熱溫度為100°C，反應5小時后取出樣品。
[0021]將得到的Pd / PS / PAN納米纖維膜平鋪于瓷舟置于管式爐中，空氣氛圍下以2° / min的升溫速率升溫至250°C預氧化2小時、氮氣氛圍下以2° / min的升溫速率升溫至450°C停留2小時，最后以2° / min的升溫速率升溫至500°C高溫碳化4小時，制備了具有微納米規(guī)整孔道結構的多孔碳納米纖維負載鈀納米粒子復合催化劑。
[0022]實施例3
[0023]將0.24g PAN加到2.7282g DMF溶液中，經(jīng)磁力攪拌至完全溶解，加入
0.0161gPdCl2固體攪拌12h后加入0.0157g PS, PS與PAN摩爾比為30，攪拌至溶液混合均勻。將溶解均勻的混合溶液置于紡絲管中通過靜電紡絲技術制備PAN / PS / PdCl2復合納米纖維膜，接收板與噴頭距離為18cm，紡絲電壓為16Kv。
[0024]將紡制的PAN / PS / PdCl2復合納米纖維膜投入到加氫釜中，壓緊釜蓋，用氮氣和氫氣分別置換3?5次后通入氫氣使釜壓達到2.5MPa，設定加熱溫度為100°C，反應5小時后取出樣品。
[0025]將得到的Pd / PS / PAN納米纖維膜平鋪于瓷舟置于管式爐中，空氣氛圍下以2° / min的升溫速率升溫至250°C預氧化2小時、氮氣氛圍下以2° / min的升溫速率升溫至450°C停留2小時，最后以2° / min的升溫速率升溫至500°C高溫碳化4小時，制備了具有微納米規(guī)整孔道結構的多孔碳納米纖維負載鈀納米粒子復合催化劑。
[0026]圖1為Pd / PCNFs復合催化劑的SEM圖；從圖中可看出此法制備的多孔碳納米纖維膜經(jīng)高溫碳化后纖維間緊密堆積，纖維粗細均勻，表面光滑，無節(jié)點交聯(lián)現(xiàn)象。
[0027]圖2為Pd / PCNFs復合催化劑的TEM圖；從圖中可看出此法制備的多孔碳納米纖維膜經(jīng)高溫碳化后納米粒子均勻分散于碳纖維內(nèi)部及表面，粒徑分布窄且較均勻，鈀納米粒子粒徑小分布在5-25nm間；碳纖維具有規(guī)整的微納米孔道結構并貫穿于纖維內(nèi)/外。
[0028]圖3為Pd / PCNFs復合催化劑的基本參數(shù)圖；多孔碳納米纖維具有大的比表面積及孔體積。
【權利要求】
1.一種多孔碳纖維載鈀復合型催化劑的制備方法，通過多孔碳纖維的負載，可以提高催化劑穩(wěn)定性、防止貴金屬團聚、同時有利于催化劑的重復使用，而通過多孔結構的獲得，可以使得催化劑在應用過程中具有很高的活性，提高結構高分子材料參與電子轉移和傳輸性，此種催化劑在實際應用中具有更潛在的應用價值。
2.制備如權利要求1所述的多孔碳纖維載鈀復合型催化劑的制備方法，其特征在于，通過靜電紡絲技術、加氫還原技術及高溫碳化方法制備多孔碳纖維載鈀復合型催化劑，其中，致孔劑為聚苯乙烯。
3.制備如權利要求1所述的多孔碳纖維載鈀復合型催化劑的制備方法，其特征在于，鈀鹽為氯化鈀、醋酸鈀與硝酸鈀。
4.制備如權利要求1所述的多孔碳纖維載鈀復合型催化劑的制備方法，其特征在于，多孔碳纖維碳化溫度為500?1000°C。
5.根據(jù)權利要求2所述的多孔碳纖維載鈀復合型催化劑，其特征在于，制備步驟如下: 1)以下述方案制備PAN/ PS / PdCl2復合納米纖維膜；配制一定量的PAN / DMF溶液，PAN質(zhì)量分數(shù)為5?8 %，經(jīng)磁力攪拌至完全溶解，加入一定量的PdCl2固體攪拌12h后加入一定量的PS，PS與PAN摩爾比為10?50，攪拌至溶液混合均勻。將溶解均勻的混合溶液置于紡絲管中通過靜電紡絲技術制備PAN / PS / PdCl2復合納米纖維膜。 2)將紡制的PAN/ PS / PdCl2復合納米纖維膜投入到加氫釜中，壓緊釜蓋，用氮氣和氫氣分別置換3?5次后通入氫氣使釜壓達到2.5MPa，設定加熱溫度為100°C，反應5小時后取出樣品。 3)將得到的Pd/ PS / PAN納米纖維膜平鋪于瓷舟置于管式爐中，經(jīng)過250°C預氧化2小時、450°C停留2小時及500°C的高溫碳化的程序升溫過程制備了具有微納米規(guī)整孔道結構的多孔碳納米纖維負載鈀納米粒子復合催化劑。
【文檔編號】B01J23/44GK103657644SQ201310525988
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年10月31日 優(yōu)先權日:2013年10月31日
【發(fā)明者】白杰, 李春萍, 郭麗萍, 徐薇, 孫煒巖, 孟慶潤 申請人:內(nèi)蒙古工業(yè)大學