[发明专利]一种纳米氧化铁/碳球复合催化剂、制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种纳米氧化铁/碳球复合催化剂及其制备方法，纳米氧化铁/碳球复合催化剂可作为固体推进剂的高效燃烧催化剂，也可作为光催化降解有机物的催化剂、石油裂解催化剂，属于催化剂技术领域。

技术背景

碳球作为一种新型碳材料，特殊的球型结构和良好的表面可修饰性，使其具有独特的催化性能和作为催化剂载体的良好条件。碳球既可以用作催化剂也可作为催化剂载体，而且可以作为功能添加剂。碳球与金属氧化物复合制备成新型复合催化剂。碳球可以起到催化剂、载体和功能添加剂的多重作用。金属氧化物是一类非常重要的催化剂。其中，氧化铁在许多领域得到了应用，具有良好的催化效果，例如固体推进剂的燃烧催化剂、光降解有机物的催化剂、石油裂解的催化剂等。纳米氧化铁很大的比表面积和高的化学活性，使其具有更高的催化性能。但是，纳米氧化铁极易团聚，因而降低了催化剂的催化效率。

金属氧化物以纳米颗粒状态负载在碳球表面。同时，两种催化剂可以起到协同催化效应，其催化效果要优于单独一种催化剂。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供一种纳米氧化铁/碳球复合催化剂及其制备方法，此催化剂由于兼有纳米氧化铁和碳球的作用，因此可用作固体推进剂的高效燃烧催化剂、光降解有机物的催化剂、石油裂解的催化剂。

本发明的一种纳米氧化铁/碳球复合催化剂，其特征在于，氧化铁纳米颗粒均匀地负载在碳球表面。

本发明的一种纳米氧化铁/碳球复合催化剂的制备方法，是采用利用Fenton反应，即利用双氧水与亚铁离子共存时的强氧化性对碳球表面进行修饰，同时使氧化铁均匀地负载在碳球的表面，再通过清洗、干燥而获得纳米氧化铁/碳球复合催化剂。具体技术方案如下：

a、将可溶性亚铁盐溶于水中配置成溶液；

b、将碳球加入亚铁离子的水溶液中，超声分散处理0.5～2小时；

c、在一定温度20～40℃下，搅拌条件下滴加双氧水，滴加完毕后继续搅拌0.5～5小时，然后静置0.5～10小时；

d、抽滤、蒸馏水和乙醇洗涤、干燥，从而获得纳米氧化铁/碳球复合催化剂材料；

在所述的制备纳米氧化铁/碳球复合催化剂的方法中，采用的双氧水为常规所用的双氧水，可溶性亚铁盐为分析纯的硫酸亚铁或氯化亚铁。方法中，优选可溶性亚铁盐和双氧水摩尔比为1∶(20～60)，碳球的质量和可溶性亚铁盐的量比为1g∶(0.001～1.000)mol。

本发明充分利用碳球的优异性能，并解决纳米氧化铁催化剂严重团聚等问题，本发明采用Fenton反应制备出纳米氧化铁/碳球复合催化剂，纳米氧化铁/碳球复合催化剂作为固体推进剂的高效燃烧催化剂、光降解有机物的催化剂、石油裂解的催化剂，具有优良的催化效果。

附图说明

图1为实施例1的纳米氧化铁/碳球复合催化剂的透射电镜照片；

图2为实施例1的纳米氧化铁/碳球复合催化剂的X射线衍射图。

具体实施方式

实施例1

（1）称取1.6220g的硫酸亚铁置于烧杯中，量取49mL蒸馏水置于烧杯中配成溶液。

（2）称取3.5g的碳球加入经过步骤（1）配置的硫酸亚铁水溶液中，超声30分钟，在25℃下搅拌30分钟。

（3）在25℃下搅拌条件下，量取200mL的双氧水滴加到经过步骤（2）配置的碳球和硫酸亚铁水溶液的混合物中，完毕后继续搅拌反应30分钟；然后，抽滤，依次用蒸馏水、乙醇对产物洗涤各三次，干燥，即可制得纳米氧化铁/碳球复合催化剂。所得纳米氧化铁/碳球复合催化剂的透射电镜照片见图1，从透射电镜照片中可以看到，负载在碳球表面的氧化铁纳米颗粒的直径小于10nm；所得纳米氧化铁/碳球复合催化剂的X射线衍射图见图2，与PDF卡片对照：产物为碳球和氧化铁。

实施例2

（1）称取1.6220g的硫酸亚铁置于烧杯中，量取49mL蒸馏水置于烧杯中配成溶液。

（2）称取0.5g的碳球加入经过步骤（1）配置的硫酸亚铁水溶液中，超声30分钟，在25℃下搅拌30分钟。

（3）在25℃下搅拌条件下，量取200mL的双氧水滴加到经过步骤（2）配置的碳球和硫酸亚铁水溶液的混合物中，完毕后继续搅拌反应30分钟；然后，抽滤，依次用蒸馏水、乙醇对产物洗涤各三次，干燥，即可制得纳米氧化铁/碳球复合催化剂。

实施例3

（1）配置250mL浓度为20mg/L的活性艳蓝K-NR水溶液置于光反应器中。