一种生物碳基单原子钯铜催化剂的制备及应用方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114538567A(43)申请公布日2022.05.27(21)申请号202210088667.6(22)申请日2022.01.25(71)申请人桂林理工大学地址541004广西壮族自治区桂林市七星区建干路12号(72)发明人朱宗强董翼张立浩吴雨晴朱义年刘霜霜唐沈杨永华周帅江慧玲孔俞凇(51)Int.Cl.C02F1/461(2006.01)C02F1/70(2006.01)C02F101/16(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图3页(54)发明名称一种生物碳基单原子钯铜催化剂的制备及应用方法(57)摘要本发明公开了一种生物碳基单原子钯铜催化剂的制备及应用。将毛竹切割为块体结构，用氢氧化钠破坏其有机质，反复洗涤后烘干；收集样品，将一定质量比的毛竹碳和尿素(双氰胺)置于去离子水中，搅拌至干燥；将样品在管式炉中热解，并研磨、过筛；称取一定质量比的氯化钯和氯化铜溶解，用聚乙二醇溶液定容；投加热解样品于锥形瓶中，加入氯化钯和氯化铜混合溶液后超声、陈化，边搅拌边滴加硼氢化钠至溶液澄清；随后振荡、抽滤，反复清洗后置于真空冷冻干燥机干燥，进而获得毛竹生物碳基单原子钯铜催化剂材料。所述催化剂不仅对地表水、地下水中的硝酸盐氮有着良好的还原效果，而且为实现农业废弃物资源化处理提供一种科学有效的途径。CN114538567ACN114538567A权利要求书1/2页1.一种生物碳基单原子钯铜催化剂的制备及应用，其特征在于，所述催化剂载体的稳定结构和其表面活性组分钯铜；所述载体为氮掺杂的毛竹生物碳，所述氮掺杂的毛竹生物碳表面钯铜呈原子度分散，其具体步骤为：(1)将毛竹切割为约10×10×3mm3尺寸的块体，浸入到0.1MNaOH中4h后破坏其中的有机质，然后用去离子水反复洗涤2‑5次，去除无机杂质残留，于烘箱60℃下干燥6h；(2)随后收集样品，将一定质量比的毛竹碳和尿素(双氰胺)溶于溶剂中，用恒温磁力搅拌器搅拌并加热至干燥；(3)在管式炉中以10℃/min的加热速率，在氮气氛围下高温热解，经冷却、研磨和过筛(10‑20目)获得实验所需的氮掺杂石墨化多孔毛竹碳，记为N‑GBC；(4)称取一定质量比的氯化钯和氯化铜试剂，氯化钯溶液用1mol/L的盐酸溶解，氯化铜用去离子水溶解；在固定钯、铜一定质量比的前提下，保证钯、铜离子浓度分别在0‑0.8g/L和0‑0.2g/L范围内，混合后用聚乙二醇溶液定容；投加一定质量上述石墨化氮掺杂毛竹生物碳样品于锥形瓶中，加入配置好的钯铜混合溶液与其混合；在25℃温度条件下超声，随后在室温下陈化，获得石墨化氮掺杂毛竹生物碳钯铜混合溶液；(5)在室温条件下，在恒温磁力搅拌器上边搅拌边滴加硼氢化钠至石墨化氮掺杂毛竹生物碳钯铜混合溶液，直至混合溶液由黑色至澄清，停止滴加，随后将混合液置于恒温水浴振荡器中进行震荡，获得生物碳基单原子钯铜催化剂初样；(6)取出抽滤，过程中用去离子水反复清洗固体颗粒，随后置于真空冷冻干燥机干燥；进而获得一种生物碳基单原子钯铜催化剂材料，命名产物为Pd/Cu‑N‑GBC。2.根据权利要求1中所述的一种生物碳基单原子钯铜催化剂的制备，其特征在于，按质量百分比计，所述催化剂中，单原子钯铜的负载量为2‑4％。3.根据权利要求1中所述的一种生物碳基单原子钯铜催化剂的制备，其特征是步骤(2)中所述的生物碳与氮源前驱体尿素(双氰胺)的质量比分别为1:10(4)。4.根据权利要求1中所述的一种生物碳基单原子钯铜催化剂的制备，其特征是步骤(2)中所述的氮源前驱体、碳源依次溶于溶剂中，加热至液体蒸干，自然冷却得到固体混合物；优选地，所述溶剂为去离子水，每1g碳源需要体积为30mL的去离子水；优选地，所述转速为400rpm；优选地，所述加热温度为80℃，加热时间为2h。5.根据权利要求1中所述的一种生物碳基单原子钯铜催化剂的制备，其特征是步骤(3)中所述的高温处理条件包括：于惰性气体氛围，气压为0.05MPa下，在800℃温度下热解1h；优选地，所述惰性气体为氮气。6.根据权利要求1中所述的一种生物碳基单原子钯铜催化剂的制备，其特征是步骤(4)中所述的氯化钯和氯化铜的中钯和铜的质量比为4:1，氯化钯和氯化铜的中单原子钯、铜最高浓度为0.8g/L和0.2g/L；优选地，所述聚乙二醇的配比为3％。7.根据权利要求1中所述的一种生物碳基单原子钯铜催化剂的制备，其特征是步骤(4)中所述投加的石墨化氮掺杂毛竹生物碳样品为0.5g；优选地，所述钯铜混合溶液为50mL；优选地，所述超声和陈化时间为30min。8.根据权利要求1中所述的一种生物碳基单原子钯铜催化剂的制备，其特征是步骤(5)中所述恒温磁力搅拌器转速为400rpm；优选地，所述滴加速率为2mL/min