一种四氧化三钴纳米颗粒的制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种四氧化三钴纳米颗粒的制备方法及其应用。包括以下步骤：(1)分别称取一定量的甘氨酸和钴盐，将其加入到盛有去离子水的烧杯中，搅拌使其溶解；(2)将步骤(1)得到的混合溶液加热，混合溶液随着水分蒸发变得黏稠，继续加热至液体剧烈燃烧，产生大量气体和泡沫状固体产物；(3)将步骤(2)得到的泡沫状固体产物置于马弗炉中，煅烧，得四氧化三钴纳米颗粒。本发明专利技术所得的四氧化三钴纳米颗粒在催化糖类水热转化为乳酸方面具有较高活性。

【技术实现步骤摘要】
一种四氧化三钴纳米颗粒的制备方法及其应用
本专利技术涉及一种四氧化三钴纳米颗粒的制备方法及其应用，属于催化剂制备与催化研究领域。
技术介绍
近年来，纳米科学技术在催化、医药、环境保护、能源等诸多领域引起了广泛的关注，成为国际上研究和开发最活跃的领域之一。纳米颗粒由于尺寸小，比表面积大，表面的键态和电子态与颗粒内部不同，表面原子配位不全等导致其表面的活性位置增加，这就使它具备了作为催化剂的基本条件。目前，用纳米颗粒进行催化反应可以直接用纳米颗粒如银、氧化铝、氧化铁等在有机合成反应中做催化剂，可大大提高反应效率；催化反应还表现出选择性，如用硅载体镍催化剂对丙醛的氧化反应表明，镍粒径在5nm以下时选择性急剧变化，醛分解得到控制，生成酒精的选择性急剧上升。随着人们对全球能源、化石资源的不稳定性、温室效应的担忧，使得人们越来越多的转向可再生资源的研究道路。木质纤维原料作为世界上最丰富的可再生资源之一，日渐受到各国专家的关注。木质纤维原料主要包含纤维素、半纤维素和木质素三大组分，其中的纤维素和半纤维素可以水热转化为小分子化学品，如单糖、甲酸、乙酸、乳酸、糠醛、羟甲基糠醛等。乳酸作为一种可从生物质原料出发制备而得的化学品，是一种具有高潜力和多功能的平台化合物，广泛应用于食品、医药、化妆品等行业。目前，乳酸可由不同来源的糖类在乳酸菌作用下通过发酵方式生产。但是，生物技术方法显示出一些缺点，比如：时/空收率比较低、酶的成本比较高、产生较多的盐废水并且难以纯化、需要管理以及微生物池的监管。因此越来越多的人转向了通过生物质化学转化的方法来制备乳酸。在无催化条件下，木质纤维原料水热转化产物分布范围广，乳酸产率低，后期的分离纯化成本高，造成木质纤维素水热转化为乳酸经济性差。适当催化剂的加入能明显提高木质纤维原料水热转化为乳酸的反应速率并明显改变反应的选择性，催化剂的选择对实现生物质的转化利用的经济性上具有决定性作用。采用均相酸、碱以及过渡金属离子催化时，尽管催化效果明显，但是催化剂难以回收，易于造成环境污染。因此越来越多的研究者将木质纤维素催化转化研究的重点放在固体催化剂上。金属氧化物具有稳定性高、易于制备等方面的优点，常常作为贵金属等活性物种的载体使用，然而过渡金属氧化物在催化糖类制备乳酸方面产率并不理想。因此，研究开发能够高效催化糖类制备乳酸的催化剂对于乳酸的生产具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术开发了一种四氧化三钴纳米颗粒的制备方法并将其应用于催化糖类水热转化制备乳酸。该催化剂活性高，可将多种糖类高选择性地转化为乳酸。本专利技术的技术方案如下：一种四氧化三钴纳米颗粒的制备方法，包括以下步骤：(1)分别称取一定量的甘氨酸和钴盐，将其加入到盛有去离子水的烧杯中，搅拌使其溶解；(2)将步骤(1)得到的混合溶液加热，混合溶液随着水分蒸发变得黏稠，继续加热至液体剧烈燃烧，产生大量气体和泡沫状固体产物；(3)将步骤(2)得到的泡沫状固体产物置于马弗炉中，煅烧，得四氧化三钴纳米颗粒。所述步骤(1)中甘氨酸和钴盐的摩尔比为1:1～4:1。所述步骤(2)中钴盐为硝酸钴。所述步骤(3)中煅烧温度为600～800℃，煅烧时间为1～3h。本专利技术还包括该四氧化三钴纳米颗粒在催化糖类水热转化为乳酸方面应用。本专利技术的优点在于：(1)本专利技术四氧化三钴纳米颗粒的制备方法简单、操作简便、颗粒分散均匀，易于实现大规模生产。(2)本专利技术制得的四氧化三钴纳米颗粒在催化糖类水热转化过程中可得到高产率的乳酸。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做进一步说明。实施例1：(1)称取0.05mol的甘氨酸和0.05mol的Co(NO3)2·6H2O，然后同时加入到盛有20mL去离子水的烧杯中，搅拌使其溶解；(2)将步骤(1)得到的混合溶液加热，混合溶液随着水分蒸发变得黏稠，继续加热液体剧烈燃烧，产生大量气体和泡沫状固体产物；(3)将步骤(2)得到的泡沫状固体产物置于马弗炉中，升温至600℃，煅烧2h，得到四氧化三钴纳米颗粒；(4)称取1.0g的葡萄糖和0.05g的四氧化三钴纳米颗粒置于高温高压反应釜中，再加入50mL的去离子水，将釜体密闭，通入氮气置换釜内的空气，将釜体升温至220℃反应10min，反应结束后，用高效液相色谱仪测定液体中乳酸含量，计算其乳酸摩尔产率为46.1mol％(相对于葡萄糖摩尔用量)。实施例2：(1)称取0.10mol的甘氨酸和0.05mol的Co(NO3)2·6H2O，然后同时加入到盛有20mL去离子水的烧杯中，搅拌使其溶解；(2)将步骤(1)得到的混合溶液加热，混合溶液随着水分蒸发变得黏稠，继续加热液体剧烈燃烧，产生大量气体和泡沫状固体产物；(3)将步骤(2)得到的泡沫状固体产物置于马弗炉中，升温至800℃，煅烧2h，得到四氧化三钴纳米颗粒。(4)称取1.0g的木糖和0.05g的四氧化三钴纳米颗粒置于高温高压反应釜中，再加入50mL的去离子水，将釜体密闭，通入氮气置换釜内的空气，将釜体升温至200℃反应10min，反应结束后，用高效液相色谱仪测定液体中乳酸含量，计算其乳酸摩尔产率为72.1mol％(相对于木糖摩尔用量)。实施例3：(1)称取0.20mol的甘氨酸和0.05mol的Co(NO3)2·6H2O，然后同时加入到盛有20mL去离子水的烧杯中，搅拌使其溶解；(2)将步骤(1)得到的混合溶液加热，混合溶液随着水分蒸发变得黏稠，继续加热液体剧烈燃烧，产生大量气体和泡沫状固体产物；(3)将步骤(2)得到的泡沫状固体产物置于马弗炉中，升温至700℃，煅烧2h，得到四氧化三钴纳米颗粒。(4)称取1.0g的纤维素和0.05g的四氧化三钴纳米颗粒置于高温高压反应釜中，再加入50mL的去离子水，将釜体密闭，通入氮气置换釜内的空气，将釜体升温至240℃反应10min，反应结束后，用高效液相色谱仪测定液体中乳酸含量，计算其乳酸摩尔产率为47.5mol％(相对于纤维素脱水葡萄糖单元摩尔用量)。以上实施例仅为本专利技术的示例性实施例，不用于限制本专利技术，本专利技术的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本专利技术的实质和保护范围内，对本专利技术做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本专利技术的保护范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种四氧化三钴纳米颗粒的制备方法，其特征在于，所述的四氧化三钴纳米颗粒的制备至少包括以下步骤：/n(1)分别称取一定量的甘氨酸和钴盐，将其加入到盛有去离子水的烧杯中，搅拌使其溶解；/n(2)将步骤(1)得到的混合溶液加热，混合溶液随着水分蒸发变得黏稠，继续加热至液体剧烈燃烧，产生大量气体和泡沫状固体产物；/n(3)将步骤(2)得到的泡沫状固体产物置于马弗炉中，煅烧，得四氧化三钴纳米颗粒。/n

【技术特征摘要】
1.一种四氧化三钴纳米颗粒的制备方法，其特征在于，所述的四氧化三钴纳米颗粒的制备至少包括以下步骤：
(1)分别称取一定量的甘氨酸和钴盐，将其加入到盛有去离子水的烧杯中，搅拌使其溶解；
(2)将步骤(1)得到的混合溶液加热，混合溶液随着水分蒸发变得黏稠，继续加热至液体剧烈燃烧，产生大量气体和泡沫状固体产物；
(3)将步骤(2)得到的泡沫状固体产物置于马弗炉中，煅烧，得四氧化三钴纳米颗粒。


2.根据权利要求1所述的一种四氧化三钴纳米颗粒的制备方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹学飞，孙少超，孙少妮，孙润仓，
申请(专利权)人：北京林业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11