负载氧化钴催化剂及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种催化剂，具体的说是一种g-C3N4负载氧化钴催化剂及其制备方法。
【背景技术】
[0002]—氧化碳(C0)是一种无色、无味、易燃、易爆的有毒气体，是大气的一种主要污染物，并且来源广泛。若不经过有效处理直接排放到空气中，可对大气环境及人类健康带来严重隐患。从源头控制C0的排放尤为重要，而催化氧化脱除C0是控制其排放的最有效的一种途径。虽然C0在贵金属催化剂上面的研究取得了很大的成果，但是对于贵金属催化剂在催化氧化C0的实际应用方面来讲，却受到价格昂贵和资源有限的限制。而过渡金属价格低廉而且同样具有良好的催化活性，因而成为你很多科技工作者的研究热点。
[0003]石墨相氮化碳(g_C3N4)是一种由碳、氮原子相互交替形成六元环，六元环之间通过碳碳键相互连接形成的二维材料。由于极出色的电子性能、机械强度、高比表面积以及光学性能引起了国内外学者的研究热潮。相比于过渡金属催化剂，g_C3N4作为不含金属的可见光催化剂，有适宜的带隙，能吸收可见光，使其在降解污染物及光催化分解水领域都有很好的应用。Yan等人研究了类石墨相氮化碳在光降解有机污染物的方面的表现，负载Ag后催化剂的光降解性能明显提高(Langmuir，2009，25(17) ,10397-10401)。Wang等人利用g_C3N4的半导体性质，制备出的催化剂可以在可见光的条件下达到很高的分解水产氢性能(Nat.mater.，2009，8 (1)，76-80 )0Kwon等人之制备出有序介孔的氮化碳，并将其与其他碳材料负载Pt在燃料电池方面的性能进行对比，证明有序介孔的氮化碳具有很高的持久性和抗甲醇毒性(Langmuir，2011，28 (1)，991-996.)。但是，g_C3N4在催化一氧化碳低温氧化方面的研究还鲜有报道。
【发明内容】
[0004]本发明目的是为解决上述技术问题的不足，提供一种g_C3N4负载氧化钴催化剂及其制备方法，其制备工艺简单、条件温和易控、污染小、不需高温煅烧即可获得g_C3N4负载氧化钴的催化剂，所制备的g_C3N4负载氧化钴催化剂，具有二维片层的g_C3N4组装而成的花状结构，具有较高的催化一氧化碳氧化的稳定性，在122°C下可至少维持一氧化碳完全转化为二氧化碳2400分钟。
[0005]本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是:一种g_C3N4负载氧化钴催化剂的制备方法，包括以下步骤:
步骤一、常温下，按照质量比为1:15-16的比例，取乙酸钴和蒸馏水；将所取乙酸钴加入到蒸馏水中，磁力搅拌使其完全溶解，制得乙酸钴水溶液，备用；
步骤二、按照g_C3N4粉末与上述步骤一中所取氧化钴的质量比为1:4-2:3的比例，取g_C3N4粉末；将所取g-C3N4粉末加入到上述步骤一中所取蒸馏水2倍体积的蒸馏水中，置于功率168W的超声波反应器中超声60-120分钟，制得g_C3N4水溶液，备用； 步骤三、将所制备的乙酸钴水溶液和g_C3N4水溶液进行混合，磁力搅拌20-25分钟，得到混合溶液A ;在所得混合溶液A中逐滴加入其体积0.04-0.05倍的质量分数为28%的氨水，磁力搅拌120-130分钟，得到混合溶液B，备用；
步骤四、将步骤三所得混合溶液B装入有聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，混合溶液B占反应釜容积的60%-70%，之后在130-160°C下水热反应8_12小时，反应结束后自然冷却至室温，得到混合物；
步骤五、将步骤四反应后所得的混合物以3000r/min的转速离心分离5_10分钟后，去除上层清液，剩余固体物质进行洗涤后，转移到烘箱中，60°C干燥8h，不需煅烧，即制备出g_C3N4负载氧化钴催化剂。
[0006]步骤五中所述固体物质进行洗涤的方法为先采用蒸馏水洗涤2-4次，再用乙醇洗涤1次。
[0007]所制备的g_C3N4负载氧化钴催化剂中g-C 3N4与氧化钴的质量比为1:4-2: 3，优选为 7:13。
[0008]所制备的g_C3N4负载氧化钴催化剂在催化一氧化碳低温氧化中的应用。
[0009]所述催化一氧化碳低温氧化的温度优选为122°C。
[0010]有益效果是:
1、本发明利用g-C3N4的高比表面积、优良的电子传输性能以及氧化钴的高催化一氧化碳低温氧化活性，采用一种简单的水热合成的方法，制备出一种具有优异催化C0低温氧化活性和高稳定性的g_C3N4负载氧化钴催化剂。本发明提供一种g-C 3N4负载氧化钴催化剂的制备方法，该方法具有制备工艺简单、条件温和易控、污染小、不需高温煅烧的特点。
[0011]2、本发明所制备的g-C3N4负载氧化钴催化剂具有由二维片层g-C3N4组装而成的花状结构，成分纯度高，氧化钴纳米粒子大小均一且在g_C3N4片层上分散均匀；所合成的催化剂具有优异的催化一氧化碳低温氧化活性，在122°C即可将一氧化碳完全氧化为二氧化碳，并且具有较高的催化一氧化碳氧化的稳定性，在122°C下可至少维持一氧化碳完全转化为二氧化碳2400分钟。
【附图说明】
[0012]图1是实施例3所制得的g_C3N4负载氧化钴催化剂的X-射线衍射图谱；
图2是实施例3所制得的g_C3N4负载氧化钴催化剂的扫描电镜照片；
图3是实施例1、2、3、4所制得的g_C3N4负载氧化钴催化剂催化一氧化碳低温氧化的性能曲线图；
图4是实施例3所制得的g_C3N4负载氧化钴催化剂催化一氧化碳低温氧化稳定性曲线图。
【具体实施方式】
[0013]—种g_C3N4负载氧化钴催化剂的制备方法，包括以下步骤:
步骤一、常温下，按照质量比为1:15-16的比例，取乙酸钴和蒸馏水；将所取乙酸钴加入到蒸馏水中，磁力搅拌使其完全溶解，制得乙酸钴水溶液，备用；
步骤二、按照g_C3N4粉末与上述步骤一中所取氧化钴的质量比为1:4-2:3的比例，取g_C3N4粉末；将所取g-C3N4粉末加入到上述步骤一中所取蒸馏水2倍体积的蒸馏水中，置于功率168W的超声波反应器中超声60-120分钟，制得g_C3N4水溶液，备用；
步骤三、将所制备的乙酸钴水溶液和g_C3N4水溶液进行混合，磁力搅拌20-25分钟，得到混合溶液A ;在所得混合溶液A中逐滴加入其体积00.4-0.05倍的质量分数为28%的氨水，磁力搅拌120-130分钟，得到混合溶液B，备用；
步骤四、将步骤三所得混合溶液B装入有聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，混合溶液B占反应釜容积的60%-70%，之后在130-160°C下水热反应8_12小时，反应结束后自然冷却至室温，得到混合物；
步骤五、将步骤四反应后所得的混合物以3000r/min的转速离心分离5_10分钟后，去除上层清液，剩余固体物质进行洗涤后，转移到烘箱中，60°C干燥8h，不需煅烧，即制备出g_C3N4负载氧化钴催化剂。
[0014]步骤五中所述固体物质进行洗涤的方法为先采用蒸馏水洗涤2-4次，再用乙醇洗涤1次。
[0015]所制备的g_C3N4负载氧化钴催化剂中g-C 3N4与氧化钴的质量比为1:4-2: 3，优选为 7:13。
[0016]所制备的g_C3N4负载氧化钴催化剂在催化一氧化碳低温氧化中的应用。
[0017]所述催化一氧化碳低温氧化的温度优选为122°C。
[0018]实施例1
常温下，取6.5克乙酸钴溶于100毫升蒸馏水中，磁力搅拌使其完全溶解，制得乙酸钴水溶液I，备用；按照催化剂中g_C3N4与氧化钴的质量比为1:4的比例取相应量的g_C3N4粉末加入200毫升蒸馏水，超声60分钟，制得g_C3N4水溶液II，备用；其中所述的g-C 3N4是以三聚氰胺为前驱体，以10°C /分钟的速率升温至520°C，保温4小时制得块体的g_C3N4，经研磨，筛分，备用。将溶液I与溶液II混合，磁力搅拌20分钟，逐滴加入12毫升质量百分含量为28%的氨水，磁力搅拌120分钟；将混合溶液装入有聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，150°C下水热反应10小时，自然冷却至室温；将所得混合物以3000r/min的转速离心分离5-10分钟，去除上层清液，将剩余固体物质分别用蒸馏水洗涤2-4次，乙醇洗涤1次，最后将沉淀转移到烘箱中，60°C干燥8小时。获得g_C3N4与氧化