一種樹脂型碳負(fù)載銅催化劑的快速制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種樹脂型碳負(fù)載銅催化劑的快速制備方法，屬碳基復(fù)合材料制備及 應(yīng)用的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 碳負(fù)載銅催化劑常用于合成碳酸二甲酯，毒性小，原料廉價(jià)易得，例如 CN102600843A，CN102872879A專利，是以活性炭負(fù)載銅催化劑在甲醇?xì)庀嘌趸驶铣?碳酸二甲酯；但以活性炭為載體仍存在許多弊端，活性炭利用率低，效率低，使用中受到很 大局限，也有的使用甲醇?xì)庀嘌趸驶铣商妓岫柞サ你~系催化劑，但活性較低，選擇 性差，使用中仍存在較多弊端。
[0003] 樹脂具有大分子孔結(jié)構(gòu)，是制備活性炭的理想材料，例如CN103545520A專利，但 該專利使用原料繁多、工藝復(fù)雜，仍存在較多弊端；故樹脂型碳負(fù)載銅催化劑還處于研究階 段。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 發(fā)明目的
[0005] 本發(fā)明的目的是針對(duì)【背景技術(shù)】的狀況，是以樹脂、硝酸銅為原料，經(jīng)配制溶液、浸 漬、超聲處理、真空燒結(jié)，快速制成樹脂型碳負(fù)載納米級(jí)銅催化劑，以大幅度提高銅催化劑 的催化性能。
[0006] 技術(shù)方案
[0007] 本發(fā)明使用的化學(xué)物質(zhì)材料為：樹脂、硝酸銅、鹽酸、氫氧化鈉、去離子水、氮?dú)?、?氣，其準(zhǔn)備用量如下：以克、毫升、厘米 3為計(jì)量單位
[0008] 樹脂：C:粉體顆粒 20g土O.OOlg 硝酸銅：Οι(Ν03)2·3Η20 粉體 12.08g士O.OOlg 鹽酸：HC1，濃度37% 液體 300mL±10mL 氫氧化鈉 ：NaOH 粉體 2.5g±0.001g 上離子水：H:iO 液體 3000mL士50mL Μ氣：N2 氣體 100000cm3±l()0cm3 氣氣：H2 氣體 lOOOOOcm3士 100cm3
[0009] 制備方法如下：
[0010] ⑴、預(yù)處理樹脂
[0011] ①、配制鹽酸水溶液
[0012] 量取鹽酸12. 2mL±0.0 OlmL、去離子水100mL±0.0 OlmL，加入燒杯中，攪拌5min， 成1. 3mol/L的鹽酸水溶液；
[0013] ②、配制氫氧化鈉水溶液
[0014] 稱取氫氧化鈉2. 5g±0. 001g，量取去離子水50mL±0.0 OlmL，加入燒杯中攪拌 5min，成1. 25mol/L的氫氧化鈉水溶液；
[0015] ③、鹽酸水溶液洗滌樹脂
[0016] 稱取樹脂20g±0. 001g，加入盛有鹽酸水溶液的燒杯中，攪拌洗滌10min，洗滌后 濾出，晾干；
[0017] ④、洗滌、中和處理樹脂
[0018] 將晾干的樹脂加入盛有氫氧化鈉水溶液的燒杯中，攪拌洗滌、中和處理10min ;
[0019] 洗滌、中和處理后將樹脂濾出，晾干；
[0020] 晾干后的樹脂為鈉型；
[0021] ⑤、鹽酸浸漬處理樹脂
[0022] 將晾干的樹脂加入另一燒杯中，加入鹽酸200mL，淹沒(méi)浸漬樹脂，浸漬時(shí)間 120min，成樹脂鹽酸浸漬液；
[0023] 浸漬處理后樹脂為氫型；
[0024] ⑥、抽濾
[0025] 將樹脂鹽酸浸漬液置于抽濾瓶的布氏漏斗中，用三層中速定性濾紙進(jìn)行抽濾，濾 紙上留存產(chǎn)物濾餅，浸漬液抽至濾瓶中；
[0026] ⑦、洗滌，抽濾
[0027] 將產(chǎn)物濾餅置于燒杯中，加入去離子水100mL，攪拌洗滌5min ;
[0028] 然后用三層中速定性濾紙進(jìn)行抽濾，留存濾餅，棄去洗滌液；
[0029] 洗滌，抽濾重復(fù)進(jìn)行三次；
[0030] ⑧、真空干燥
[0031] 將洗滌、抽濾后的濾餅置于石英容器中，然后置于真空干燥箱中干燥，干燥溫度 60°C，真空度10Pa，干燥時(shí)間720min，樹脂干燥后成固體顆粒；
[0032] ⑵、制備樹脂型碳負(fù)載銅催化劑前驅(qū)體
[0033] ①、配制硝酸銅水溶液
[0034] 稱取硝酸銅12. 08g±0. 001g，量取去離子水54. 06mL±0.0 OlmL，加入燒杯中，攪 拌5min，成lmol/L的硝酸銅水溶液；
[0035] ②、配制混合液
[0036] 將干燥的樹脂顆粒加入盛有硝酸銅水溶液的燒杯中，攪拌5min，成混合液；
[0037] ③、超聲波分散
[0038] 將盛有混合液的燒杯置于超聲波分散儀內(nèi)，進(jìn)行超聲分散，超聲波頻率60KHz，超 聲波分散時(shí)間240min ;
[0039] ④、抽濾
[0040] 將超聲波分散后的混合液置于抽濾瓶的布氏漏斗中，用三層中速定性濾紙進(jìn)行抽 濾，濾紙上留存濾餅，棄去濾液；
[0041] ⑤、洗滌，抽濾
[0042] 將濾餅置于燒杯中，加入去離子水100mL，攪拌洗滌5min，成混合液；
[0043] 然后用三層中速定性濾紙進(jìn)行抽濾，留存濾餅，棄去洗滌液；
[0044] 洗滌、抽濾重復(fù)進(jìn)行三次；
[0045] ⑥、真空干燥
[0046] 將濾餅置于石英容器中，然后置于真空干燥箱中干燥，干燥溫度60°C，真空度 10Pa，干燥時(shí)間720min ;
[0047] 干燥后成樹脂型碳負(fù)載銅催化劑前驅(qū)體；
[0048] ⑶、制備樹脂型碳負(fù)載銅催化劑
[0049] 樹脂型碳負(fù)載銅催化劑的制備是在真空燒結(jié)爐中進(jìn)行的，是在中頻感應(yīng)加熱、氮 氣和氫氣保護(hù)下完成的；
[0050] ①、將盛有樹脂型碳負(fù)載銅催化劑前驅(qū)體的石英容器置于真空燒結(jié)爐的工作臺(tái) 上，并密閉；
[0051] ②、開啟真空栗，抽取真空燒結(jié)爐內(nèi)空氣，使?fàn)t內(nèi)壓強(qiáng)達(dá)20Pa ;
[0052] ③、開啟氫氣瓶、氮?dú)馄?，向爐腔內(nèi)輸入氫氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w，氫氣和氮?dú)獾谋?例為1:4 ;
[0053] 使?fàn)t腔內(nèi)壓強(qiáng)穩(wěn)定至101325Pa ;
[0054] ④、開啟中頻感應(yīng)加熱器，加熱燒結(jié)樹脂型碳負(fù)載銅催化劑，加熱溫度 500°C ±1°C，加熱時(shí)間 120min ;
[0055] 成樹脂型碳負(fù)載銅催化劑碳化物；
[0056] 關(guān)閉中頻感應(yīng)加熱器，停止加熱，使樹脂型碳負(fù)載銅催化劑隨爐冷卻至25°C ;
[0057] ⑤、研磨、過(guò)篩
[0058] 將樹脂型碳負(fù)載銅催化劑碳化物用瑪瑙研缽、研棒研磨，然后用650目篩網(wǎng)過(guò)篩；
[0059] 研磨、過(guò)篩反復(fù)進(jìn)行；
[0060] 成樹脂型碳負(fù)載銅催化劑終產(chǎn)物；
[0061] ⑷、檢測(cè)、分析、表征
[0062] 對(duì)制備的樹脂型碳負(fù)載銅催化劑的形貌、色澤、化學(xué)物理性能進(jìn)行檢測(cè)、分析、表 征；
[0063] 用X-射線粉末衍射儀進(jìn)行晶相分析；
[0064] 用掃描電子顯微鏡SEM觀察樣品表面形貌；
[0065] 結(jié)論：樹脂型碳負(fù)載銅催化劑為黑色粉體，粉體顆粒直徑彡100nm，產(chǎn)物純度達(dá) 99. 5%，反應(yīng)活性高，催化性能好，達(dá)99. 99% ;
[0066] (5)、產(chǎn)物儲(chǔ)存
[0067] 對(duì)制備的樹脂型碳負(fù)載銅催化劑儲(chǔ)存于棕色透明的玻璃容器內(nèi)，密閉避光儲(chǔ)存， 要防潮、防曬、酸堿鹽侵蝕，儲(chǔ)存溫度20°C，相對(duì)濕度< 10%。
[0068] 有益效果
[0069] 本發(fā)明與【背景技術(shù)】相比具有明顯的先進(jìn)性，是針對(duì)碳負(fù)載銅催化劑制備的弊端， 采用樹脂、硝酸銅為原料，經(jīng)配制溶液、鹽酸浸漬、超聲波處理、制備前驅(qū)體、氣體保護(hù)燒結(jié)， 快速制成樹脂型碳負(fù)載納米級(jí)銅催化劑，此制備方法工藝先進(jìn)，數(shù)據(jù)精確翔實(shí)，制備速度 快，成本低，產(chǎn)物為黑色粉體，粉體顆粒直徑彡l〇〇nm，產(chǎn)物純度達(dá)99. 5 %，反應(yīng)活性高，催 化性能達(dá)99. 99%，是十分先進(jìn)的快速制備樹脂型碳負(fù)載銅催化劑的方法。
【附圖說(shuō)明】
[0070] 圖1、樹脂型碳負(fù)載銅催化劑真空燒結(jié)狀態(tài)圖
[0071] 圖2、樹脂型碳負(fù)載銅催化劑形貌圖
[0072] 圖3、樹脂型碳負(fù)載銅催化劑X射線衍射圖譜
[0073] 圖中所示，附圖標(biāo)記清單如下：
[0074] 1、真空燒結(jié)爐，2、爐座，3、爐蓋，4、出氣管閥，5、工作臺(tái)，6、石英容器，7、樹脂型碳 負(fù)載銅催化劑，8、中頻感應(yīng)加熱器，9、爐腔，10、氮?dú)夂蜌錃饣旌蠚?