[发明专利]一种Co3

说明书

本发明涉及一种Co₃O₄‑NiO‑SiO₂气凝胶催化材料的制备方法，通过溶胶‑凝胶工艺，水热还原法，将过渡金属氧化物Co₃O₄和NiO与石墨烯气凝胶复合，制备出对VOCs具有优异、高效的催化燃烧性能的Co₃O₄‑NiO/石墨烯气凝胶催化剂材料。纳米氧化物颗粒的负载在发挥催化作用的同时，改善了石墨烯片层间的团聚，而石墨烯气凝胶作为载体，为活性组分提供了更多的催化活性位点，并提高了活性氧化物纳米粒子的分散性，使活性组分更加充分接触反应物。这种复合催化剂材料中各组分的协同作用可以有效解决单组分材料的缺陷，从而大幅提高对VOCs催化效率。所制备的Co₃O₄‑NiO‑石墨烯气凝胶催化剂材料比表面积为123～158m²/g，在甲苯的进样流速6mL/h，载气N₂流速为30mL/min，常压，给定温度为250℃的条件下，甲苯催化转化率为86～95％。

技术领域

本发明属于纳米多孔复合材料的制备工艺领域，具体涉及一种具有疏水、低密度、高比表面积、并具有催化活性的Co₃O₄-NiO-石墨烯气凝胶催化剂材料的制备方法。

背景技术

随着近代工业的发展，种类繁多的化学产品在提高人们生活质量的同时，也往往会产生大量具有强烈的刺激性和致癌性的挥发性有机物(VOCs)，这些有机挥发物的无害化处理是保障人体健康，维护生态安全的重要措施。对于低浓度，成分复杂的有机挥发物来说，催化燃烧技术相比较于生物降解法、光催化和热焚烧技术，更为高效、节能和环境友好，而催化剂的研究是催化燃烧技术的关键。

Co-Ni复合氧化物催化剂具有高活性的正尖晶石结构，相较于单一金属氧化物，具有更高的导电率和更加丰富的氧化还原活性位点。且Co-Ni的金属氧化物的来源丰富，价格便宜，因此在实际的VOCs治理上有着广泛的应用前景。对Co-Ni复合氧化物进行微观形貌的调控，使其纳米化，微球化是当前研究的热点，但是很难避免氧化物纳米颗粒聚集堆积，导致催化效率不高，循环效果不好。气凝胶是一种新型的三维纳米多孔材料，其具有高比表面积、超高孔隙率、可调控的开放孔隙结构，在气体催化领域展现出广阔的应用前景。然而，在实际应用中，气凝胶具有较差的力学性能，且对目标气体的选择性不高，往往由于共存气体组分的竞争吸附影响对目标气体的催化性能。石墨烯拥有较高的机械强度和极大的理论比表面积，优异的电学性能，大量的官能团以及良好的疏水性，使其可用作吸附剂、催化剂等材料。但是由于二维的石墨烯片层之间强烈的π-π堆叠和范德华力的作用，石墨烯在水溶液中容易团聚，实际比表面积远低于理论值，在一定程度上降低了石墨烯的吸附催化性能。Co₃O₄-NiO/石墨烯气凝胶是以石墨烯为主体的三维多孔网络结构，Co₃O₄，NiO负载其表面，它具有石墨烯的纳米特性，气凝胶的宏观结构以及金属的催化活性，克服了单一材料的缺陷，有着非常高的反应活性，因此在催化领域受到广泛关注。

发明内容

本发明的目的是为了改进现有技术的不足而提供一种Co₃O₄-NiO-石墨烯气凝胶催化剂材料的制备方法。