一种纳米级催化剂氧化亚钴的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种纳米级催化剂氧化亚钴的制备方法，属于无机化学合成领域。本发明首先以氯化钴溶液为原料，使用柠檬酸与溶液中钴离子络合，使钴离子缓慢释放，以聚苯乙烯丙烯酸为模板，利用聚苯乙烯丙烯酸表面的?COOH基团与CoCl2溶液水解产物Co(OH)2胶体颗粒的静电和化学吸附作用，将水解产生的Co(OH)2胶体颗粒均匀吸附在聚苯乙烯丙烯酸粒子表面，形成溶胶，在加热升温条件下，Co(OH)2胶体颗粒脱水，生成CoO晶核，长大后的CoO晶体均匀包裹于聚苯乙烯丙烯酸模板表面，再将其转入无氧条件下煅烧，除去聚苯乙烯丙烯酸内核，得到产物氧化亚钴。本发明制备工艺简单，所得氧化亚钴形貌均匀，粒径控制简单，分布范围窄，均在纳米级。
【专利说明】
一种纳米级催化剂氧化亚钴的制备方法
技术领域
[0001]本发明公开了一种纳米级催化剂氧化亚钴的制备方法，属于无机化学合成领域。
【背景技术】
[0002]氧化亚钴，是一种黑色粉末，不溶于水和醇，溶于稀酸和热的浓氢氧化钠溶液。通常作为生产硬质合金、超耐热合金、绝缘材料和磁性材料的主要原料，以及化学工业中的催化剂和染料等。工业上，常以CoCl2溶液为钴源，NH4HCO3或NaCO3为沉淀剂，制得Cc^O3，先将CoCO3在700?800°C温度下煅烧，制得Co3O4，再由Co3O4在还原气氛中，加热至950°(:煅烧得到CoO，整个生产工艺线路较长，容易带入较多杂质，而且直接沉淀所得到的CoCO3形貌复杂，粒径分布范围太广，造成最终所得CoO的形貌和粒径不可控，导致制得的催化剂催化活性低，很难满足客户需求。
[0003]—般金属氧化物的制备方法很多，常规的有化学沉淀法，热分解法，固相反应法，气相沉积法，水解法。而水热水解法是一种比较新颖的制备方法，可以通过控制适当条件，得到形貌一致，粒径分布范围窄的溶胶。
【发明内容】
[0004]本发明主要解决的技术问题:针对目前氧化亚钴材料制备过程中出现的，生产工艺路线长，所得氧化亚钴的形貌和粒径不可控，导致制得的催化剂催化活性低的问题，提供了一种纳米级氧化亚钴的制备方法，本发明首先以氯化钴溶液为原料，使用苹果酸与溶液中钴离子络合，使钴离子缓慢释放，以聚苯乙烯丙烯酸为模板，利用聚苯乙烯丙烯酸表面的-COOH基团与CoCl2溶液水解产物Co(OH)2胶体颗粒的静电和化学吸附作用，将水解产生的Co(OH)2胶体颗粒均匀吸附在聚苯乙烯丙烯酸粒子表面，形成溶胶，在加热升温条件下，Co(OH)2胶体颗粒脱水，生成CoO晶核，长大后的CoO晶体均匀包裹于聚苯乙烯丙烯酸模板表面，再将其转入无氧条件下煅烧，除去聚苯乙烯丙烯酸内核，得到产物氧化亚钴。本发明制备工艺简单，所得氧化亚钴形貌均匀，粒径控制简单，分布范围窄，均在纳米级。
[0005 ]为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:
(1)依次称取0.5?1.0g聚苯乙烯丙烯酸和0.2?0.5g苹果酸，加入盛有100?150mL去离子水的密闭容器中，将密闭容器移入75?85°C恒温水浴锅中，在300?500r/min转速下，恒温搅拌0.5?1.5h，再以5?10mL/min的速率向密闭容器中通入氮气，直至置换出所有空气为止，制成聚苯乙烯丙烯酸水乳液；
(2)量取40?60mL浓度为0.2?0.4mol/LCoCl2溶液，在搅拌状态下，通过滴液漏斗缓慢滴加至上述所得聚苯乙烯丙烯酸水乳液中，在0.5?1.0h内滴加完毕，保持75?85°C恒温不变，继续搅拌I?2h后，将混合液移入真空环境中，自然冷却至室温，抽滤，用去离子水洗涤滤渣，直至洗涤水成中性，再用无水乙醇冲洗2?3次；
(3)将上述所得滤渣放入真空干燥箱中，在60?65°C条件下，干燥16?24h，得到聚苯乙烯丙烯酸/CoO粉末，将所得粉末转入马弗炉，以5?10mL/min的速率向炉中通入氮气，直至置换出所有空气为止，在400?500 °C条件下煅烧2?4h，得到黑色粉末，将所得黑色粉末在真空环境中冷却至室温，所得粉末即为纳米级氧化亚钴。
[0006]本发明的具体应用方法:称取本发明所得氧化亚钴10?20g，与150?200mL去离子水混合成悬浮液，再称取活性炭100?150g，放入所得悬浮液中浸泡2?4h后，过滤，将得到的滤渣放入马弗炉中在无氧条件下，升温至300?400°C，煅烧2?4h，得到活性炭负载的纳米级氧化亚钴催化剂，用于汽车尾气处理，催化尾气中NxO气体分解的效率相比于常规氧化亚钴催化剂提高50?60%。
[0007]本发明的有益效果是:
(1)制备工艺流程简单，煅烧温度较低，节约了能耗，降低了生产成本；
(2)本发明所得氧化亚钴颗粒尺寸在纳米级，在保持氧化亚钴原有的催化特性的基础上，可明显提高催化剂的催化活性，满足工业生产需求。
【具体实施方式】
[0008]依次称取0.5?1.0g聚苯乙烯丙烯酸和0.2?0.5g苹果酸，加入盛有100?150mL去离子水的密闭容器中，将密闭容器移入75?85°C恒温水浴锅中，在300?500r/min转速下，恒温搅拌0.5?1.5h，再以5?10mL/min的速率向密闭容器中通入氮气，直至置换出所有空气为止，制成聚苯乙烯丙烯酸水乳液;量取40?60mL浓度为0.2?0.4mol/L CoCl2溶液，在搅拌状态下，通过滴液漏斗缓慢滴加至上述所得聚苯乙烯丙烯酸水乳液中，在0.5?1.0h内滴加完毕，保持75?85°C恒温不变，继续搅拌I?2h后，将混合液移入真空环境中，自然冷却至室温，抽滤，用去离子水洗涤滤渣，直至洗涤水成中性，再用无水乙醇冲洗2?3次;将上述所得滤渣放入真空干燥箱中，在60?65°C条件下，干燥16?24h，得到聚苯乙烯丙烯酸/CoO粉末，将所得粉末转入马弗炉，以5?10mL/min的速率向炉中通入氮气，直至置换出所有空气为止，在400?500°C条件下煅烧2?4h，得到黑色粉末，将所得黑色粉末在真空环境中冷却至室温，所得粉末即为纳米级氧化亚钴。
[0009]实例I
依次称取0.5g聚苯乙烯丙烯酸和0.2g苹果酸，加入盛有10mL去离子水的密闭容器中，将密闭容器移入75°C恒温水浴锅中，在300r/min转速下，搅拌0.5h，再以5mL/min的速率向密闭容器中通入氮气，直至置换出所有空气为止，制成聚苯乙烯丙烯酸水乳液;量取40mL浓度为0.2mol/L CoCl2溶液，在搅拌状态下，通过滴液漏斗缓慢滴加至上述所得聚苯乙烯丙烯酸水乳液中，在0.5h内滴加完毕，保持75°C恒温不变，继续搅拌Ih后，将混合液移入真空环境中，自然冷却至室温，抽滤，用去离子水洗涤滤渣，直至洗涤水成中性，再用无水乙醇冲洗2次;将上述所得滤渣放入真空干燥箱中，在60°C条件下，干燥16h，得到聚苯乙烯丙烯酸/CoO粉末，将所得粉末转入马弗炉，以5mL/min的速率向炉中通入氮气，直至置换出所有空气为止，在400°C条件下煅烧2h，得到黑色粉末，将所得黑色粉末在真空环境中冷却至室温，所得粉末即为纳米级氧化亚钴。
[0010]本发明的具体应用方法:称取本发明所得氧化亚钴10g，与150mL去离子水混合成悬浮液，再称取活性炭100g，放入所得悬浮液中浸泡2h后，过滤，将得到的滤渣放入马弗炉中在无氧条件下，升温至300°C，煅烧2h，得到活性炭负载的纳米级氧化亚钴催化剂，用于汽车尾气处理，催化尾气中NxO气体分解的效率相比于常规氧化亚钴催化剂提高50%。
[0011]实例2
依次称取0.8g聚苯乙烯丙烯酸和0.3g苹果酸，加入盛有120mL去离子水的密闭容器中，将密闭容器移入80 0C恒温水浴锅中，在400r/min转速下，恒温搅拌Ih，再以8mL/min的速率向密闭容器中通入氮气，直至置换出所有空气为止，制成聚苯乙烯丙烯酸水乳液;量取50mL浓度为0.3mol/L CoCl2溶液，在搅拌状态下，通过滴液漏斗缓慢滴加至上述所得聚苯乙烯丙烯酸水乳液中，在0.Sh内滴加完毕，保持80°C恒温不变，继续搅拌1.2h后，将混合液移入真空环境中，自然冷却至室温，抽滤，用去离子水洗涤滤渣，直至洗涤水成中性，再用无水乙醇冲洗2次;将上述所得滤渣放入真空干燥箱中，在62°C条件下，干燥20h，得到聚苯乙烯丙烯酸/CoO粉末，将所得粉末转入马弗炉，以8mL/min的速率向炉中通入氮气，直至置换出所有空气为止，在450°C条件下煅烧3h，得到黑色粉末，将所得黑色粉末在真空环境中冷却至室温，所得粉末即为纳米级氧化亚钴。
[0012]本发明的具体应用方法:称取本发明所得氧化亚钴15g，与ISOmL去离子水混合成悬浮液，再称取活性炭120g，放入所得悬浮液中浸泡3h后，过滤，将得到的滤渣放入马弗炉中在无氧条件下，升温至350°C，煅烧3h，得到活性炭负载的纳米级氧化亚钴催化剂，用于汽车尾气处理，催化尾气中NxO气体分解的效率相比于常规氧化亚钴催化剂提高54%。
[0013]实例3
依次称取1.0g聚苯乙烯丙烯酸和0.5g苹果酸，加入盛有150mL去离子水的密闭容器中，将密闭容器移入85°C恒温水浴锅中，在500r/min转速下，搅拌1.5h，再以10mL/min的速率向密闭容器中通入氮气，直至置换出所有空气为止，制成聚苯乙烯丙烯酸水乳液;量取60mL浓度为0.4mol/L CoCl2溶液，在搅拌状态下，通过滴液漏斗缓慢滴加至上述所得聚苯乙烯丙烯酸水乳液中，在1.0h内滴加完毕，保持85°C恒温不变，继续搅拌2h后，将混合液移入真空环境中，自然冷却至室温，抽滤，用去离子水洗涤滤渣，直至洗涤水成中性，再用无水乙醇冲洗3次;将上述所得滤渣放入真空干燥箱中，在65°C条件下，干燥24h，得到聚苯乙烯丙烯酸/CoO粉末，将所得粉末转入马弗炉，以1mL/min的速率向炉中通入氮气，直至置换出所有空气为止，在500°C条件下煅烧4h，得到黑色粉末，将所得黑色粉末在真空环境中冷却至室温，所得粉末即为纳米级氧化亚钴。
[0014]本发明的具体应用方法:称取本发明所得氧化亚钴20g，与200mL去离子水混合成悬浮液，再称取活性炭150g，放入所得悬浮液中浸泡4h后，过滤，将得到的滤渣放入马弗炉中在无氧条件下，升温至400°C，煅烧4h，得到活性炭负载的纳米级氧化亚钴催化剂，用于汽车尾气处理，催化尾气中NxO气体分解的效率相比于常规氧化亚钴催化剂提高60%。
【主权项】
1.一种纳米级催化剂氧化亚钴的制备方法，其特征在于具体制备步骤为: (1)依次称取0.5?1.0g聚苯乙烯丙烯酸和0.2?0.5g苹果酸，加入盛有100?150mL去离子水的密闭容器中，将密闭容器移入75?85°C恒温水浴锅中，在300?500r/min转速下，恒温搅拌0.5?1.5h，再以5?10mL/min的速率向密闭容器中通入氮气，直至置换出所有空气为止，制成聚苯乙烯丙烯酸水乳液； (2)量取40?60mL浓度为0.2?0.4mol/LCoCl2溶液，在搅拌状态下，通过滴液漏斗缓慢滴加至上述所得聚苯乙烯丙烯酸水乳液中，在0.5?1.0h内滴加完毕，保持75?85°C恒温不变，继续搅拌I?2h后，将混合液移入真空环境中，自然冷却至室温，抽滤，用去离子水洗涤滤渣，直至洗涤水成中性，再用无水乙醇冲洗2?3次； (3)将上述所得滤渣放入真空干燥箱中，在60?65°C条件下，干燥16?24h，得到聚苯乙烯丙烯酸/CoO粉末，将所得粉末转入马弗炉，以5?10mL/min的速率向炉中通入氮气，直至置换出所有空气为止，在400?500 °C条件下煅烧2?4h，得到黑色粉末，将所得黑色粉末在真空环境中冷却至室温，所得粉末即为纳米级氧化亚钴。
【文档编号】B01D53/56GK105879873SQ201610267264
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年4月27日
【发明人】吴迪, 许博伟
【申请人】吴迪