一种三氧化二镍掺杂碳纳米管催化剂的制备方法

背景技术

三氧化二镍能够催化降解水溶液中的次氯酸钠，反应式如下：Ni2O2+NaClO→2NiO2+NaCl，2NiO2+NaClO→Ni2O2+NaCl+2[O]。通过这种方式，一方面，能够防止次氯酸钠光分解产生HCl气体而危害环境，因而能用于含次氯酸根的废水无害化处理，在造纸、电镀等行业应用需求很大；另一方面，能够提高次氯酸钠氧化性能的利用率，三氧化二镍催化次氯酸根分解产生的氧自由基以及反应过程中生成的二氧化镍具有很强的氧化性，能作为氧化剂用于氧化反应，应用于废水处理中，可降解COD。

但是，普通的三氧化二镍为粉末状，较难使用。将其与载体混合造粒，虽然能实现固载，但会造成三氧化二镍的催化性能大幅降低，无法达到工业使用的需求。如果采用纳米化的三氧化二镍进行负载，催化剂的比表面积提升后可以大幅提升其催化性能，满足达到工业要求。专利CN104183392A介绍了一种孔道氧化镍/碳符合纳米材料的制备方法，该方法以非离子表面活性剂活性剂为模板剂、以无机镍盐为镍源，通过蒸发诱导自组装的方法制备出一种具有大比表面积和孔体积以及大孔径的孔道氧化镍/碳复合纳米材料，但是该方法制备的氧化镍为二价镍，无法实现三价镍的负载。

制备方法

（A）将TPAOH溶于水中，制成25wt%的TPAOH水溶液；将5.5kg氢氧化钠和1kg偏铝酸钠加入100L TPAOH水溶液中，搅拌溶解后，向其中加入21.4kg水溶性淀粉，搅拌溶解后，再加入10kg白炭黑，搅拌均匀后，制得核层合成液；将核层合成液在180℃下晶化3天后，过滤，干燥，获得核层前驱体；

（B）将5.5kg氢氧化钠和1kg偏铝酸钠加入100L TPAOH水溶液中，搅拌溶解后，向其中加入57.7kg N-甲基吡咯烷酮，混匀后，再加入10kg白炭黑，搅拌均匀后，制得核层合成液；将核层前驱体投入壳层合成液中，搅拌均匀后，在180℃下晶化1天，过滤，干燥，获得核层前驱体；

（C）将核壳结构前驱体在240℃下焙烧30min后，以4℃/min的速率升温至420℃焙烧20min，而后以15℃/min的速率升温至560℃焙烧3h，冷却至室温，获得核壳结构粉体；

（D）（1）将1kg核壳结构粉体、200g高岭土粉、40g田菁粉和0.7L水混合后，在造球机中制成小球，干燥后，在600℃下焙烧4h，获得直径为3mm的分级结构多孔载体；

（2）将500g分级结构多孔载体浸没到1L 1mol/L硫酸镍溶液中，浸渍30min后，过滤，干燥，获得负载有Ni²⁺的催化剂前驱体：

（3）将次氯酸钠和氢氧化钠溶于水中，制成含0.5mol/L次氯酸钠和0.5mol/L氢氧化钠的混合溶液，将负载有Ni²⁺的催化剂前驱体投入到1L混合溶液中，反应1h后，过滤，清洗，烘干，获得负载有NiOOH的催化剂前驱体；

（4）将负载有NiOOH的催化剂前驱体投入到1L 0.5mol/L次氯酸钠溶液中，反应0.5h后，过滤，清洗，烘干，获得负载型纳米三氧化二镍催化剂。

参考文献

[1]诺丁汉大学卓越灯塔计划(宁波)创新研究院,宁波诺丁汉大学. 一种三氧化二镍掺杂碳纳米管催化剂的制备方法:CN202310366172.X[P]. 2023-08-18.