磁性镍钯双金属负载二氧化钛纳米材料的制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及多相催化技术领域，尤其涉及一种磁性镍钯双金属负载二氧化钛纳米材料的制备方法和应用。所述制备方法包括以下步骤：制备钛酸盐；将钛酸盐加入镍源中进行离子交换，然后离心、洗涤、干燥，在还原气氛下进行煅烧，得到具有磁性的镍负载二氧化钛材料；将镍负载二氧化钛材料加入钯源中进行浸渍还原，然后离心、洗涤、干燥，即得到磁性镍钯双金属负载二氧化钛纳米材料。本发明专利技术的制备方法工艺简单、效率高、易于规模化；本发明专利技术制得的材料整体呈现球形花状形貌，磁响应强度高，单质钯均匀附着镍颗粒表面，呈现出高度暴露的特点；本发明专利技术制得的材料在催化还原六价铬实验中表现出优异的活性。

【技术实现步骤摘要】
磁性镍钯双金属负载二氧化钛纳米材料的制备方法和应用
本专利技术涉及多相催化
，尤其涉及一种磁性镍钯双金属负载二氧化钛纳米材料的制备方法和应用。
技术介绍
近年来，六价铬污染预防与治理是水资源环境保护的一项重要课题。在众多铬污染处理方法中，以甲酸(FA，HCOOH)作为还原剂进行的催化还原处理方法最为有效，并且具备绿色、环保的特点。其中，纳米贵金属钯(Pd)由于其出色的量子尺寸效应，表现出十分突出的催化性能。然而，贵金属钯成本高，因此，如何进行钯基催化剂的高效利用，快速分离回收并且循环使用是低成本、高效处理六价铬污染的关键。负载型催化剂往往使得活性组分暴露程度高、利用率高，也是目前解决钯基催化剂易团聚的有效方法。另外，单质镍具有良好的磁性，可以引入催化剂实现磁分离，有利于分离回收。因此，将镍钯结合同时制备双金属负载型催化剂是解决上述问题的有效方法。然而，目前双金属材料制备往往采用混合前驱体盐进行还原(可能涉及大量有机溶剂)，导致活性位点掩盖，进而削弱催化能力。如何快速制备可磁分离、暴露程度高、催化活性高的钯基纳米材料仍然存在挑战。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种工艺简单、效率高的磁性镍钯双金属负载二氧化钛纳米材料的制备方法，还提供了该磁性镍钯双金属负载二氧化钛纳米材料催化甲酸还原六价铬的应用。本专利技术提供一种磁性镍钯双金属负载二氧化钛纳米材料制备方法，包括以下步骤：S1，制备钛酸盐；S2，将钛酸盐加入镍源中进行离子交换反应，然后离心、洗涤、干燥，在还原气氛下进行煅烧还原，得到具有磁性的镍负载二氧化钛材料；S3，将步骤S2的镍负载二氧化钛材料加入钯源中进行浸渍还原，然后离心、洗涤、干燥，即得到磁性镍钯双金属负载二氧化钛纳米材料。进一步地，步骤S1中，钛酸盐的制备过程为：将无定型二氧化钛加入碱溶液中进行水热反应，即得到钛酸盐。进一步地，所述碱溶液选用氨水、乙二胺、三乙胺或其他有机胺溶液。进一步地，水热反应的温度为150℃，时间为12h。进一步地，步骤S2中，镍源选用NiCl2·6H2O、NiC2O4·4H2O或Ni(NO3)2·6H2O中的任一种，无定型二氧化钛与镍源中镍离子的质量比为1:(5～20)。进一步地，步骤S2中，离子交换反应的反应温度为25～40℃，反应时间为12h。进一步地，步骤S2中，离心过程中离心机的转速为3000～10000rpm，离心时间为3min；干燥温度为60℃，干燥时间为12h。进一步地，步骤S2中，煅烧在H2/Ar混合气体的还原氛围下进行，煅烧的温度为500℃，煅烧时间为2h，煅烧过程的升温速率为2.5℃/min。进一步地，钯源选用PdCl2，镍负载二氧化钛材料与钯源的质量比为5:1。进一步地，浸渍还原反应的反应温度为30℃，时间为10h。进一步地，步骤S3中，离心过程中离心机的转速为3000～10000rpm，离心时间为3min；干燥温度为60℃，干燥时间为12h。本专利技术还提供了利用上述制备方法制得的磁性镍钯双金属负载二氧化钛纳米材料。利用上述制备方法制得的磁性镍钯双金属负载二氧化钛纳米材料能够应用于催化还原实验，以甲酸为还原剂条件下，实现六价铬的高效催化还原，表现出优异的催化活性、便捷的磁分离性能以及良好的催化稳定性。本专利技术工艺简单、效率高、易于规模化；本专利技术制得的纳米材料整体呈现球形花状形貌，镍镶嵌在二氧化钛载体上，单质钯均匀附着在镍颗粒的表面；本专利技术制得的纳米材料在催化还原六价铬实验中表现出优异的活性。本专利技术提供的技术方案带来的有益效果是：(1)本专利技术提供的制备方法具有工艺简单、效率高、易于规模化的特点；(2)本专利技术利用钛酸盐与Ni2+进行离子交换，经过后续还原处理，得到单质金属分布均匀的负载型材料，同时引入磁性单质镍易于实现催化剂材料的分离回收，本专利技术利用单质镍的还原性质直接浸渍还原负载单质钯，构建高暴露(钯在镍表层)、可磁分离的纳米催化剂材料；(3)本专利技术提供的制备方法制得的磁性镍钯双金属负载二氧化钛纳米材料具有球形花状微观形貌，且表现出单分散、晶型良好、磁响应强度高、孔道结构发达(～10.0nm)和比表面积大(119.7m2/g)等特点；(4)基于物性结构和双金属的优势，本专利技术制备的磁性镍钯双金属负载二氧化钛纳米材料对甲酸表现出优异的催化性能，实现了六价铬的高效催化还原，且易于磁分离回收，具备良好的循环稳定性。附图说明图1为本专利技术实施例1制备磁性镍钯双金属负载二氧化钛纳米材料的工艺流程图。图2为本专利技术实施例1制备的磁性镍钯双金属负载二氧化钛纳米材料的扫描电镜图。图3为本专利技术实施例1制备的磁性镍钯双金属负载二氧化钛纳米材料的透射电镜图。图4为本专利技术实施例1制备的磁性镍钯双金属负载二氧化钛纳米材料的磁响应强度表征图。图5为本专利技术实施例1制备的磁性镍钯双金属负载二氧化钛纳米材料催化还原六价铬的动力学曲线图。图6为本专利技术实施例1制备的磁性镍钯双金属负载二氧化钛纳米材料催化还原六价铬的循环效果图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图和实施例对本专利技术实施方式作进一步地描述。实施例1：称取0.6g无定型二氧化钛分散在90mL1.3mol/L的乙二胺溶液中，搅拌均匀后，将其转移至聚四氟乙烯高压反应釜中，150℃下反应12h，得到钛酸盐；将制备好的钛酸盐加入600mL10g/L的Ni2+(Ni2+来源于NiCl2·6H2O)水溶液中，在30℃下离子交换12h，然后以8000rpm的转速离心3min，去离子水洗涤，60℃的条件下干燥12h，之后放置在马弗炉中，在H2/Ar混合气体的还原氛围下以500℃煅烧2h，马弗炉的升温速率设置为2.5℃/min，得到具有磁性的镍负载二氧化钛材料；称取0.15g镍负载二氧化钛材料加入5mL6g/L的PdCl2溶液中，置于30℃恒温水浴中浸渍还原10h，然后在8000rpm的转速条件下离心3min，去离子水洗涤，60℃真空干燥12h，即得到磁性镍钯双金属负载二氧化钛纳米材料(Pd-Ni/fTiO2，f表示花状)。上述制备过程的工艺流程图见图1。对实施例1制得的磁性镍钯双金属负载二氧化钛纳米材料进行扫描电镜表征，如图2所示，该材料表现出单分散、球形花状形貌，比表面积为119.7m2/g，孔道为10.0nm，未见其他杂相。对实施例1制得的磁性镍钯双金属负载二氧化钛纳米材料进行透射电镜分析，如图3所示，颗粒较小的镍钯纳米粒子均匀地分布在二氧化钛的纳米片表面(图3a)。高倍透射电镜结果中晶格间距为0.230nm与钯的(111)晶面间距相吻合，晶格间距为0.240nm与Ni(110)晶面的晶格条纹一致，证明了利用金属置换沉积法成功的将钯纳米颗粒沉积到镍颗粒表面(图3b)。对实施例1制得的磁性镍钯双金属负载二氧化钛纳米材料进行磁响应强本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁性镍钯双金属负载二氧化钛纳米材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1，制备钛酸盐；/nS2，将钛酸盐加入镍源中进行离子交换反应，然后离心、洗涤、干燥，在还原气氛下进行煅烧，得到具有磁性的镍负载二氧化钛材料；/nS3，将步骤S2的镍负载二氧化钛材料加入钯源中进行浸渍还原，然后离心、洗涤、干燥，即得到磁性镍钯双金属负载二氧化钛纳米材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种磁性镍钯双金属负载二氧化钛纳米材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，制备钛酸盐；
S2，将钛酸盐加入镍源中进行离子交换反应，然后离心、洗涤、干燥，在还原气氛下进行煅烧，得到具有磁性的镍负载二氧化钛材料；
S3，将步骤S2的镍负载二氧化钛材料加入钯源中进行浸渍还原，然后离心、洗涤、干燥，即得到磁性镍钯双金属负载二氧化钛纳米材料。


2.根据权利要求1所述的磁性镍钯双金属负载二氧化钛纳米材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，钛酸盐的制备过程为：将无定型二氧化钛加入碱溶液中进行水热反应，即得到钛酸盐。


3.根据权利要求2所述的磁性镍钯双金属负载二氧化钛纳米材料的制备方法，其特征在于，所述碱溶液选用氨水、乙二胺或三乙胺中的任一种。


4.根据权利要求2所述的磁性镍钯双金属负载二氧化钛纳米材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中，镍源选用NiCl2·6H2O、NiC2O4·4H2O或Ni(NO3)2·6H2O中的任一种，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李海涛，高强，高敏，王显宗，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：湖北;42