[发明专利]具有异质复合球壳结构的漂浮型磁性微球催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开一种具有异质复合球壳结构的漂浮型磁性微球催化剂，该催化剂包括载体和定向组装在所述载体表面的铜纳米颗粒；其中，所述载体为磁性中空微球；所述磁性中空微球为表面沉积有磁性纳米颗粒的中空微球。其能很好的克服铜基纳米颗粒催化剂易团聚难分离回收、水溶液中容易沉底而降低反应效率等问题。本发明还公开了该催化剂的制备方法和应用。

技术领域

本发明涉及粉体材料技术领域。更具体地，涉及一种具有异质复合球壳结构的漂浮型磁性微球催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，铜及其氧化物被广泛研究，由于其无毒、成本低、原材料丰富等优点，被认为是贵金属纳米催化剂的良好替代物，在一些热催化和光催化领域具有研究前景。然而，一方面铜及其氧化物纳米颗粒存在易团聚难分离回收的问题；另一方面，铜及其氧化物密度大，在实际使用时容易在水或河湖沉底而减缓反应，特别是对于光催化反应，光催化剂沉底会大大降低与光的高效接触进而导致光催化效率和光利用率的降低。因此，需要一些高效的方法降低催化剂比重，同时改善其难分离回收的问题。

表面负载有较小磁性纳米颗粒的空心玻璃微球(磁性中空玻璃球)具有磁性、密度小可漂浮、流动性好的特点，并且表面磁性纳米颗粒可作为催化中心辅助定向组装铜等物质，能够实现降低密度、漂浮分离、磁性分离、辅助沉积等多种功能。以磁性中空玻璃球为载体和活性中心，在其表面定向可控沉积功能颗粒进而形成功能化材料具有较大研究空间。但是，目前在磁性中空玻璃球辅助定向组装型复合球壳结构的组成设计以及制备方法开发方面存在不足，制约了磁性轻质微球负载型异质催化剂的设计、制备与应用开发。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种具有异质复合球壳结构的漂浮型磁性微球催化剂，以克服铜基纳米颗粒催化剂易团聚难分离回收、水溶液中容易沉底而降低反应效率等问题。

本发明的第二个目的在于提供一种具有异质复合球壳结构的漂浮型磁性微球催化剂的制备方法。

本发明的第三个目的在于提供一种具有异质复合球壳结构的漂浮型磁性微球催化剂的应用。

为达到上述第一个目的，本发明采用下述技术方案：

一种具有异质复合球壳结构的漂浮型磁性微球催化剂，该催化剂包括载体和定向组装在所述载体表面的铜纳米颗粒；其中，所述载体为磁性中空微球；所述磁性中空微球为表面沉积有磁性纳米颗粒的中空微球。

进一步地，所述催化剂的密度小于水。示例性的，所述催化剂的密度为0.2-0.9g/cm³、0.45-0.85g/cm³、0.45-0.82g/cm³等。

进一步地，所述催化剂中，铜纳米颗粒的负载量为0.01-30wt％。本发明中，负载量是指铜纳米颗粒质量占复合催化剂总质量的百分比。示例性地，所述催化剂中，铜纳米颗粒的负载量为4-15wt％、4-10wt％等。

进一步地，所述铜纳米颗粒的粒径为0.01-3μm，更优选为0.05-1μm。

进一步地，所述铜纳米颗粒的组成选自铜、氧化亚铜(Cu₂O)、氧化铜(CuO)中的一种或两种混合或三种混合。

进一步地，所述磁性中空微球的密度小于水，更优选为0.05-0.95g/cm³。

进一步地，所述磁性纳米颗粒选自磁性单金属或合金，粒径为10-50nm。示例性的，所述磁性纳米颗粒选自镍、钴等中的一种或几种。

进一步地，所述中空微球的材质选自玻璃、聚合物、碳。

为达到上述第二个目的，本发明采用下述技术方案：

一种具有异质复合球壳结构的漂浮型磁性微球催化剂的制备方法，包括如下步骤：