[发明专利]一种快速还原对硝基苯酚的磁性核壳结构催化剂的制备方法

说明书

本发明属于催化剂制备技术领域，具体涉及一种快速还原对硝基苯酚的磁性核壳结构催化剂的制备方法。通过磁性Fe₃O₄纳米粒子的制备、RF的包覆、Ag纳米粒子的负载，制备出具有磁性核壳结构的催化剂Fe₃O₄@RF‑Ag。该催化剂可充分发挥酚醛树脂的酚羟基基团对金属的配位能力，有效连接Fe(Ⅲ)和Ag⁺，该技术制得的催化剂纳米银尺寸均一，分布均匀，基团连接稳定性高，且易回收、成本低，具有良好循环性能。

技术领域

本发明属于催化剂制备技术领域，具体涉及一种快速还原对硝基苯酚的磁性核壳结构催化剂的制备方法。

背景技术

对硝基苯酚(PNP)是一种重要的有机合成原料，伴随着精细化工产业的快速发展，大量含对硝基苯酚废水被排放到环境中，使得地表和地下水中对硝基苯酚浓度迅速增加。目前，地表水和地下水环境中已频繁检测到该类有机化学药品的残留，且残留量呈显著上升趋势。PNP具有难生物降解性、累积性和生物毒性，可在生物体内富集，难以被传统生物处理方法直接处理。因此，我国环保部和美国环保总署均将其列为优先控制污染物之一。

目前，研究者们已经开发了多种方法用于对硝基苯酚的去除。常见的有吸附、催化转移氢还原处理、微生物处理、光催化处理、微波辅助催化氧化和电化学处理等。其中，催化转移氢化还原法是在催化剂的作用下，将氢供体中的氢转移到反应底物中去，从而将硝基底物还原为对氨基苯酚的一种方式。经还原反应后，PNP废水的毒性显著降低，为后续生物处理提供了有利条件。该技术方法的技术关键是高效还原催化剂的制备。而目前现阶段催化转移氢化法催化剂及其制备方法主要有：(1)贵金属纳米催化剂，主要为金和银等；其制备方法为：以EDTA为还原剂，在水溶液中将硝酸银进行还原，得到银亚微米级颗粒。(2)负载型贵金属催化剂，其制备方法为：以放电一锅法为合成路径，将Ag纳米颗粒嵌入介孔二氧化硅中，得到AgNP@ SiO₂催化剂。目前却存在的问题是利用贵金属金和钯制备的纳米材料是当前常用的催化剂，但它们价格昂贵且稀有，并且小尺寸贵金属表面能高，在催化过程中易团聚失活，其催化还原反应速率约为0.129 min^-1；对于贵金属负载型催化剂，从微观形貌来说，其中的贵金属纳米粒子往往呈无序状态沉积在载体表面，且只是单纯的物理沉积，贵金属易流失、稳定性差，其催化还原反应速率约为0.42 min^-1，且同时存在催化剂与反应体系难以分离的弊端，不利于后续循环使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种快速还原对硝基苯酚的磁性核壳结构催化剂的制备方法。本发明通过以磁性Fe₃O₄为核，酚醛树脂为壳制备核壳材料，并在壳上负载纳米银粒子，制备出具有磁性核壳结构的催化剂Fe₃O₄@RF-Ag。该催化剂可充分发挥酚醛树脂的酚羟基基团对金属的配位能力，有效连接Fe(Ⅲ)和Ag⁺，该技术制得的催化剂纳米银尺寸均一，分布均匀，基团连接稳定性高，且易回收、成本低，具有良好循环性能。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种快速还原对硝基苯酚的磁性核壳结构催化剂的制备方法，通过分步法进行制备，大体分为三个步骤，即磁性Fe₃O₄纳米粒子的制备、RF的包覆、Ag纳米粒子的负载，具体实施方案如下：

步骤S1：磁性Fe₃O₄纳米粒子的制备

制备流程：

步骤S11称取六水氯化铁、二水柠檬酸钠溶于乙二醇中；

步骤S12在搅拌的情况下加入三水乙酸钠；

步骤S13以850 rpm转速剧烈搅拌30 min；