一種銅鎳復合氧化物催化劑的制備方法及用途
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種銅鎳氧化物催化劑的制備方法，包括如下步驟：1)將鎳鹽、銅鹽與強堿按1∶1∶4.5的投料摩爾比混合后溶于水中制成混合水溶液；2)將混合水溶液在室溫下攪拌6～10小時后得到前驅(qū)體溶液；3)將前驅(qū)體溶液升溫至120℃～140℃條件下反應(yīng)8～16小時獲得反應(yīng)液；4)反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)液自然冷卻至室溫；5)將反應(yīng)液進行過濾獲得過濾物；6)將過濾物清洗、干燥，得到銅鎳復合氧化物催化劑。本發(fā)明制備的銅鎳復合氧化物催化劑催化性能得到了大的提升，克服了單一結(jié)構(gòu)催化活性弱的特點，同時所用原料價格低廉，生產(chǎn)制備工藝簡單，具有成本低的優(yōu)點；銅鎳復合氧化物催化劑對次氯酸鈉的催化分解性能優(yōu)異，分解效率高、速度快，可將次氯酸鈉分解為無害的氯化鈉和氧氣。
【專利說明】一種銅鎳復合氧化物催化劑的制備方法及用途
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種化學催化劑，尤其是涉及一種銅鎳復合氧化物催化劑的制備方法及用途。
【背景技術(shù)】
[0002]次氯酸鈉(NaClO)是一種用途廣泛的工業(yè)原料，由于其在酸性、弱堿性溶液中均具有較強的氧化性，常用作消毒劑、漂白劑；次氯酸鈉溶液用于處理廢水，可達到氧化分解污染物、漂白、殺菌消毒、脫臭的目的，但在處理過程中，常常由于次氯酸鈉是不穩(wěn)定的化合物，在溫度較高或日光照射下容易發(fā)生光分解反應(yīng)，易生成NaC103、NaCl, HCl等，大大降低了次氯酸鈉強氧化性的利用率，同時在分解過程中產(chǎn)生的HCl氣體對環(huán)境造成了很大的危害，如果使次氯酸鈉分解時生成對環(huán)境友好的氧氣又增強了其氧化性能，這將使這一問題得到良好的解決。
[0003]次氯酸鈉也是氯堿廠、冶金行業(yè)的有害副產(chǎn)物，需要進行無毒化處理。氯堿和冶金行業(yè)生產(chǎn)中尾氣氣體中含有大量的氯氣，氯氣作為有毒物質(zhì)，需要在排放前進行必要的處理，目前常用的方法是用氫氧化鈉溶液中和廢氣中的氯，中和的產(chǎn)物是次氯酸鈉。然而生成的次氯酸鈉往往因為濃度低、雜質(zhì)含量高達不到回收利用的價值，所以生產(chǎn)中都廢液直接排放。次氯酸鈉由于其不穩(wěn)定性會生成對環(huán)境有毒有害的物質(zhì)，同時過量的次氯酸鈉在水溶液中會產(chǎn)生致癌物三氯甲烷，所以將其進行分解處理是工業(yè)生產(chǎn)的必須要求。次氯酸鈉可發(fā)生的分解方式一般行遇酸分解、熱分解、光分解和金屬催化分解。而次氯酸鈉遇酸會重新快速分解分解生成氯氣。熱分解和光分解分解速度慢，不能滿足工業(yè)生產(chǎn)的需求，同時會產(chǎn)生對環(huán)境有害的NaC103。而催化分解可以使次氯酸鈉分解為對環(huán)境友好的氯化鈉和氧氣，所以選擇催化分解是處理次氯酸鈉問題的最佳途徑。金屬氧化物對次氯酸鈉有較好的催化效果，金屬氧化物(MeO)的催化分解反應(yīng)如下:
[0004]2Me0+NaC10 = Me203+NaCl
[0005]Me203+NaC10 = 2Me0+NaCl+02
[0006]貴金屬催化劑雖然活性較高，但價格昂貴，成本高，難以在實際生產(chǎn)中應(yīng)用。錳、銅、鎳等金屬的氧化物對次氯酸鈉有加速分解的作用，是作為催化劑的理想選擇。鎳離子和銅離子與次氯酸鈉會形成較好的錯體，可以實現(xiàn)對次氯酸鈉的催化分解。但是單獨的銅和鎳的氧化物對次氯酸鈉的分解需要較高的溫度，并且速度慢，效率低，限制了其應(yīng)用。次氯酸鈉的分解反應(yīng)為一級動力反應(yīng)，降低溫度和濃度都能使NaClO的分解反應(yīng)速度減慢。而實際生產(chǎn)中一般產(chǎn)生的是低溫和低濃度的次氯酸鈉，這要求催化劑具有低溫、低濃度條件下實現(xiàn)快速分解特點。銅和鎳的復合氧化物催化劑可以滿足這一要求，并實現(xiàn)次氯酸鈉的快速、高效分解。
[0007]基于此，本發(fā)明提出了一種銅和鎳的復合氧化物催化劑，這種催化劑具有優(yōu)良的催化性能，可以在低溫下使次氯酸鈉達到快速、高效分解的效果。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明是為了降低和消除工業(yè)有害物質(zhì)次氯酸鈉對環(huán)境的危害，提供一種銅和鎳的復合氧化物催化劑，這種催化劑可以使低濃度次氯酸鈉在低溫條件下快速高效的分解為氯化鈉和氧氣，達到環(huán)境保護的目的。
[0009]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種銅鎳氧化物催化劑的制備方法，包括如下步驟:1)將鎳鹽、銅鹽與強堿按1:1: 4.5的投料摩爾比混合后溶于水中制成混合水溶液；2)將混合水溶液在室溫下攪拌6~10小時后得到前驅(qū)體溶液；3)將前驅(qū)體溶液升溫至120°C~140°C條件下反應(yīng)8~16小時獲得反應(yīng)液；4)反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)液自然冷卻至室溫；5)將反應(yīng)液進行過濾獲得過濾物；6)將過濾物清洗、干燥，得到銅鎳復合氧化物催化劑。
[0010]作為優(yōu)選，步驟I)中所述的鎳鹽為硝酸鎳。
[0011]作為優(yōu)選，步驟I)中所述的銅鹽為硝酸銅。
[0012]作為優(yōu)選，步驟I)中所述的強堿為氫氧化鈉。
[0013]作為優(yōu)選，步驟2)中所述的室溫為20°C~25°C。
[0014]作為優(yōu)選，步驟6)中過濾物清洗采用水沖洗。
[0015]作為優(yōu)選，步 驟6)中過濾物干燥溫度為100°C，干燥時間為8小時。
[0016]根據(jù)以上步驟所制得的銅鎳復合氧化物催化劑的用途為:質(zhì)量濃度為4~10%的次氯酸鈉水溶液在所述的銅鎳復合氧化物催化劑的催化作用下，在50°C~75°C條件下反應(yīng)5~15分鐘使次氯酸鈉分解為氯化鈉和氧氣；所述的銅鎳復合氧化物催化劑的用量是待分解次氯酸鈉溶液質(zhì)量的0.25~1.5%。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于(I)本發(fā)明制備了銅鎳復合氧化物催化劑，銅鎳復合結(jié)構(gòu)使催化性能得到了大的提升，克服了單一結(jié)構(gòu)催化活性弱的特點，同時所用原料價格低廉，生產(chǎn)制備工藝簡單，具有成本低的優(yōu)點；(2)本發(fā)明所述的銅鎳復合氧化物催化劑對次氯酸鈉的催化分解性能優(yōu)異，分解效率高、速度快，將次氯酸鈉分解為無害的氯化鈉和氧氣；可以使質(zhì)量含量為8%的次氯酸鈉溶液在60°C條件下，10分鐘內(nèi)分解率達到99%以上，充分滿足工業(yè)生產(chǎn)中處理次氯酸鈉分解的需要。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是制備次氯酸鈉分解銅鎳復合催化劑的一種X射線衍射圖譜(XRD)。
[0019]圖2是不同溫度下次氯酸鈉分解率達到99%對應(yīng)的時間關(guān)系圖。
[0020]圖3是不同催化劑用量下次氯酸鈉分解率達到99%對應(yīng)的時間關(guān)系圖。
【具體實施方式】
[0021]下面以具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步說明，但本發(fā)明保護范圍不限于此:
[0022]實施例1:
[0023](I)稱取 2.91g(0.01moDNi (NO3)2 ? 6H20 和 2.42g(0.01moI)Cu(NO3)2 ? 3H20 用100ml去離子水溶解,稱取1.8g(0.045mol)Na0H用100ml去離子水溶解,將NaOH溶液加入到Ni (NO3) 3與Cu (NO3) 2的混合溶液中，室溫下攪拌8小時，得到前驅(qū)體溶液。[0024](2)將步驟⑴前驅(qū)體溶液加入到250ml水熱反應(yīng)釜中，在130°C下水熱反應(yīng)10小時，升溫速率為10°c /min。
[0025](3)步驟⑵的反應(yīng)完成后，待反應(yīng)液自然冷后，將反應(yīng)液過濾，產(chǎn)物用水清洗，清洗后將所得產(chǎn)物在干燥箱中100°c條件下干燥8小時，得到黑色產(chǎn)物銅鎳復合氧化物催化劑。
[0026]實施例2:
[0027](I)稱取 2.91g(0.01moDNi (NO3)2 ? 6H20 和 2.42g(0.01moI)Cu(NO3)2 ? 3H20 用100ml去離子水溶解,稱取1.8g(0.045mol)Na0H用100ml去離子水溶解,將NaOH溶液加入到Ni (NO3) 3與Cu (NO3) 2的混合溶液中，室溫下攪拌8小時，得到前驅(qū)體溶液。
[0028](2)將步驟(1)前驅(qū)體溶液加入到250ml水熱反應(yīng)釜中，在120°C下水熱反應(yīng)10小時，升溫速率為10°c /min。
[0029](3)步驟⑵的反應(yīng)完成后，待反應(yīng)液自然冷后，將反應(yīng)液過濾，產(chǎn)物用水清洗，清洗后將所得產(chǎn)物在干燥箱中100°c條件下干燥8小時，得到黑色產(chǎn)物銅鎳復合氧化物催化劑。
[0030]實施例3:
[0031](I)稱取 2.91g(0.01moDNi (NO3)2.6H20 和 2.42g(0.01moI)Cu(NO3)2 ? 3H20 用100ml去離子水溶解,稱取1.8g(0.045mol)Na0H用100ml去離子水溶解,將NaOH溶液加入到Ni (NO3) 3與Cu (NO3) 2的混合溶液中，室溫下攪拌8小時，得到前驅(qū)體溶液。
[0032](2)將步驟⑴前驅(qū)體溶液`加入到250ml水熱反應(yīng)釜中，在140°C下水熱反應(yīng)10小時，升溫速率為10°c /min。
[0033](3)步驟⑵的反應(yīng)完成后，待反應(yīng)液自然冷后，將反應(yīng)液過濾，產(chǎn)物用水清洗，清洗后將所得產(chǎn)物在干燥箱中100°c條件下干燥8小時，得到黑色產(chǎn)物銅鎳復合氧化物催化劑。
[0034]實施例4:
[0035](I)配置質(zhì)量濃度為8%次氯酸鈉溶液2000ml，量取300ml的8%次氯酸鈉溶液6份，將其分別放入500ml的燒杯中并置于恒溫水浴中加熱到溫度為50°C、55°C、60°C、65°C、70°C、75°C;分別稱取1.5g實施例1制得的銅鎳復合氧化物催化劑加入到每個燒杯中，攪拌條件下反應(yīng)至沒有氣泡生成時停止，記錄下每個溫度下的反應(yīng)時間。
[0036](2)根據(jù)GB 19106-2003的方法分別測定反應(yīng)后溶液中次氯酸鈉的含量，計算分解率，所有反應(yīng)液中次氯酸鈉分解率都在99%以上，催化分解溫度與對應(yīng)的分解時間關(guān)系如圖2所示，結(jié)果表明在50°C~75°C的催化溫度范圍內(nèi)，銅鎳復合氧化物催化劑對次氯酸鈉的催化分解效率隨著溫度的升高而增大；對于濃度為8%次氯酸鈉溶液，在50°C催化溫度下，用待分解溶液0.75%質(zhì)量的銅鎳復合氧化物催化劑，25分鐘時間可以使次氯酸鈉的分解率達到99% ;在70°C以上催化溫度下，用待分解溶液0.75%質(zhì)量的銅鎳復合氧化物催化劑，5分鐘時間可以使次氯酸鈉的分解率達到99%。
[0037]實施例5:
[0038](I)配置質(zhì)量濃度為8%次氯酸鈉溶液2000ml，量取300ml的8%次氯酸鈉溶液6份，將其分別放入500ml的燒杯中并置于恒溫水浴中加熱到溫度為70°C ;分別稱取0.25g、
0.5g、0.75g、l.0g、l.25g、l、5g實施例1制得的銅鎳復合氧化物催化劑加入到每個燒杯中，攪拌條件下反應(yīng)至沒有氣泡生成時停止，記錄下每個催化劑用量下的反應(yīng)時間。
[0039](2)根據(jù)GB 19106-2003的方法分別測定反應(yīng)后溶液中次氯酸鈉的含量，計算分解率，所有反應(yīng)液中次氯酸鈉分解率都在99%以上，催化劑的用量與所用時間的關(guān)系如圖3所示，結(jié)果表明銅鎳復合氧化物催化劑對次氯酸鈉的催化分解效率隨著用量的增加而增大；對于濃度為8%次氯酸鈉溶液，在70°C催化溫度下，用待分解溶液0.75%質(zhì)量的銅鎳復合氧化物催化劑，5分鐘時間可以使次氯酸鈉的分解率達到99% ;催化劑用量在大于
0.75%時，分解速率增加有限，并趨近于平穩(wěn)，考慮到實際應(yīng)用需要和成本，以0.75%的催化劑用量為佳。
【權(quán)利要求】
1.一種銅鎳氧化物催化劑的制備方法，其特征在于，包括如下步驟:1)將鎳鹽、銅鹽與強堿按1:1: 4.5的投料摩爾比混合后溶于水中制成混合水溶液；2)將混合水溶液在室溫下攪拌6?10小時后得到前驅(qū)體溶液；3)將前驅(qū)體溶液升溫至120°C?140°C條件下反應(yīng)8?16小時獲得反應(yīng)液；4)反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)液自然冷卻至室溫；5)將反應(yīng)液進行過濾獲得過濾物；6)將過濾物清洗、干燥，得到銅鎳復合氧化物催化劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種銅鎳氧化物催化劑的制備方法，其特征在于，步驟I)中所述的鎳鹽為硝酸鎳。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種銅鎳氧化物催化劑的制備方法，其特征在于，步驟I)中所述的銅鹽為硝酸銅。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種銅鎳與氧化物催化劑的制備方法，其特征在于，步驟I)中所述的強堿為氫氧化鈉。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種銅鎳氧化物催化劑的制備方法，其特征在于，步驟2)中所述的室溫為20°C?25°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種銅鎳氧化物催化劑的制備方法，其特征在于，步驟6)中過濾物清洗采用水沖洗。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種銅鎳氧化物催化劑的制備方法，其特征在于，步驟6)中過濾物干燥溫度為100°c，干燥時間為8小時。
8.根據(jù)權(quán)利要求1步驟所制得的銅鎳復合氧化物催化劑的用途為:質(zhì)量濃度為4?10%的次氯酸鈉水溶液在所述的銅鎳復合氧化物催化劑的催化作用下，在50°C?75V條件下反應(yīng)5?15分鐘使次氯酸鈉分解為氯化鈉和氧氣；所述的銅鎳復合氧化物催化劑的用量是待分解次氯酸鈉溶液質(zhì)量的0.25?1.5%。
【文檔編號】C01D3/04GK103801297SQ201210463923
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年11月12日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月12日
【發(fā)明者】倪宇杰, 黃建國 申請人:浙江鈦合儀器有限公司