高分子无机复合纳米球负载的Ni-B催化剂及其制备方法和应用的制作方法
【专利摘要】本发明提供了高分子无机复合纳米球负载的Ni-B催化剂及其制备方法和应用，以N-异丙基丙烯酰胺，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，N-叔丁基丙烯酰胺为共聚单体，N,N'-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂,过硫酸钾为引发剂，通过无皂乳液聚合法合成三元共聚物，离心，干燥；取适量分散于乙醇中，再倒入钛酸正丁酯乙醇溶液中，超声，离心，干燥；将复合纳米球分散到镀镍溶液中进行化学镀镍，得到复合纳米球负载的Ni-B催化剂。本发明使用高分子和无机材料复合来负载金属催化剂既能保证金属催化剂在反应过程中不团聚，又能有效的提高其反应活性。
【专利说明】高分子无机复合纳米球负载的N1-B催化剂及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001]本发明属于材料科学【技术领域】，特别涉及一种高分子复合材料，具体是指一种高分子无机复合负载的N1-B催化剂、制备方法及其在催化硼氢化钠水解制氢反应中的应用。
【背景技术】
[0002]氢能源具有能量高、无污染、安全、可持续等优点，是一种理想的、最具发展潜力的代替传统能源的新能源之一。但在氢能源实际应用中，氢能制备和贮存还是制约其广泛应用发展的瓶颈。硼氢化钠水解制氢具有贮氢量高、水解条件温和、反应可控等优点，因此可以作为理想的氢源。
[0003]硼氢化钠水解反应较慢，需要在反应中加入催化剂来加快硼氢化钠水解。常用的催化剂有贵金属Ru、Pt、Pd以及非贵金属N1、Co等，例如中国专利200710063233.6报道了以硅藻土或泡沫镍为载体的Pd/Co/Pd多层催化剂，虽然其催化活性高，性能稳定，但是其催化剂制作过程复杂，并且含有一定量的贵金属Pd，经济效益不高。
[0004]中国专利申请201210388720.0报道了以TiO2为载体的Co-B催化剂来催化硼氢化钠水解制氢反应，这种催化剂成本低廉、在空气中稳定性好、使用方便等特点，但是只用无机材料作为载体，有可能导致催化剂在长时间反应下，出现活性金属脱落、载体破裂等问题，导致催化剂活性下降。
【发明内容】
[0005]为了克服目前负载型的金属催化剂的不足，本发明第一方面目的是提供一种原料易得、合成方法简单、催化效率高、反应操作简单、可以重复多次使用的高分子负载的N1-B纳米催化剂，它适合催化硼氢化钠水解制氢反应。
[0006]为实现上述目的，本发明采取下述技术方案来实现:
[0007]—种复合纳米球负载的N1-B催化剂，采用以下原料和方法制备:用N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)，N-叔丁基丙烯酰胺(NtBAM)为共聚单体，N，N’-亚甲基双丙烯酰胺(MBAM)为交联剂，过硫酸钾(KPS)为引发剂，通过无皂乳液聚合法合成三元共聚物P(NIPAM-C0-AMPS-C0-NtBAM)，离心，干燥；取适量分散于乙醇中，再倒入钛酸正丁酯(TBOT)乙醇溶液中，超声，离心，干燥。将复合纳米球分散到镀镍溶液中进行化学镀镍，得到复合纳米球负载的N1-B催化剂。
[0008]本发明中:
[0009]NIPAM是指N-异丙基丙烯酰胺，AMPS是指2_丙烯酰胺_2_甲基丙磺酸，NtBAM是指N-叔丁基丙烯酰胺，MBAM是指N，N’ -亚甲基双丙烯酰胺，KPS是指过硫酸钾，TBOT是钛酸正丁酯。
[0010]本发明第二方面目的是提供复合纳米球负载的N1-B催化剂的制备方法，包括以下步骤:[0011]a.三元共聚物纳米球的制备:将N-异丙基丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、N-叔丁基丙烯酰胺、N, N’ -亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸钾、蒸馏水以摩尔比为100:5:20:3:2:2.8X IO4的比例投入到反应容器中，在氮气氛围下70°C搅拌溶解，后停止通氮气，密封反应5h,得到三元共聚物纳米球乳液；
[0012]b.复合纳米球的制备:称取一定量干燥的三元共聚物分散于乙醇中得到a乳液；移取适量钛酸正丁酯(TBOT)于乙醇中，剧烈搅拌，得到b溶液。将a乳液转移到b溶液中，
超声，离心，干燥。
[0013]c.N1-B催化剂的制备:将0.01g复合纳米球分散于50mL水中，取25mL倒入含有摩尔比为23:75:9:8的酒石酸钾钠、氢氧化钠、硫酸镍、硼氢化钠的镀镍溶液中，90 V下机械搅拌2h，反应结束后，离心，反复用水离心，将得到的催化剂干燥。
[0014]进一步，所述步骤c中酒石酸钾钠的浓度为108g/L，氢氧化钠的浓度为50g/L，硫酸镍的浓度为39.8g/L，硼氢化钠的浓度为1.6-6.7g/L。
[0015]进一步，所述步骤c中硼氢化钠的浓度为5g/L。
[0016]所述的制备方法中:
[0017]所述的引发剂为过硫酸钾，交联剂为N，N’ -亚甲基双丙烯酰胺。
[0018]本发明的第三方面目的是提供复合纳米球负载的N1-B纳米催化剂在催化硼氢化钠水解制氢反应中的应用，具体的催化反应中应用的方法如下:将N1-B催化剂分散于水中，倒入单口瓶中，放在恒温水浴里，再倒入硼氢化钠水溶液，迅速用塞子塞住瓶口，待有连续气泡冒出时，计时，收集产生的氢气。
[0019]涉及的催化反应方程式如下:
[0020]
【权利要求】
1.一种高分子无机复合纳米球负载的N1-B催化剂，其特征在于，以N-异丙基丙烯酰胺，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，N-叔丁基丙烯酰胺为共聚单体，N，N’-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，过硫酸钾为引发剂，通过无皂乳液聚合法合成三元共聚物，离心，干燥；取适量分散于乙醇中，再倒入钛酸正丁酯乙醇溶液中，超声，离心，干燥；将复合纳米球分散到镀镍溶液中进行化学镀镍，得到复合纳米球负载的N1-B催化剂。
2.如权利要求1所述的高分子无机复合纳米球负载的N1-B催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: a.三元共聚物纳米球的制备:将N-异丙基丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、N-叔丁基丙烯酰胺、N，N’-亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸钾、蒸馏水以摩尔比为100:5:20:3:2:2.8X IO4的比例投入到反应容器中，在氮气氛围下70°C搅拌溶解，后停止通氮气，密封反应5h,得到三元共聚物纳米球乳液； b.称取0.2g干燥的三元共聚物分散于30mL乙醇中得到A乳液；移取ImL钛酸正丁酯于19mL乙醇中，剧烈搅拌，得到B溶液；将A乳液转移到B溶液中，超声混匀，离心后得到产物，干燥； c.N1-B催化剂的制备:将0.01g复合纳米球分散于50mL水中，取25mL倒入含有酒石酸钾钠、氢氧化钠、硫酸镍、硼氢化钠的镀镍溶液中，90°C下机械搅拌2h，反应结束后，离心，反复用水离心，将得到的催化剂干燥。
3.根据权利要求2所述的N1-B催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤c中酒石酸钾钠的浓度为108g/L，氢氧化钠的浓度为50g/L，硫酸镍的浓度为39.8g/L，硼氢化钠的浓度为 1.6-6.7g/L。
4.根据权利要求3所述的N1-B催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤c中硼氢化钠的浓度为5g/L。
5.如权利要求1所述的高分子无机复合纳米球负载的N1-B催化剂在催化硼氢化钠和水解制氢反应中的应用。
【文档编号】B01J31/38GK104014375SQ201410242469
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年5月30日 优先权日:2014年5月30日
【发明者】董坚, 蔡豪坤, 林琳, 鹿萍, 何宁德 申请人:绍兴文理学院