[发明专利]磁性碳材料负载金属催化剂及其催化氯代苯酚脱氯的方法

说明书

技术领域

本发明涉及磁性碳材料负载金属催化剂及其催化氯代苯酚脱氯的方法，属于水处理及水污染处理技术领域。

背景技术

氯代苯酚类有机化合物是一类非常重要的化工原料，被广泛用于染料、防腐剂、除草剂和杀虫剂等的生产。这类化合物化学稳定性强，在环境中难以生物降解，工农业生产上的大量使用对环境造成了严重污染。因此，开发新的有机污染废水处理方法，研究降解机制，对保护生态环境，维持国民经济和社会的健康发展，具有重要的现实意义。

催化加氢脱氯技术被认为是是解决这一问题的最有效途径。催化加氢脱氯作为一种简单、有效的脱氯方法和技术在消除氯代苯酚类化合物的环境污染方面逐渐受到重视。该法一般不需要较高的压力和温度，通常在常压下就能实现完全脱氯，具有低废物排放的特点，是原子经济性高的绿色催化过程，符合目前对环境污染废水处理过程也要“绿色”的要求。催化剂最常用的金属活性组分是Ni、Pd、Rh，Pt等。

但是，现有的催化氯代苯酚加氢脱氯过程中产生的高浓度的HCl会在催化剂的活性中心上强烈吸附，抑制反应底物和氢气的吸附和活化，从而导致催化剂中毒失活。目前绝大部分研究体系都需要同时加入大量的碱如NaOH、三乙胺等作为添加剂抑制催化剂中毒，因而存在以下问题：一是加入大量的无机和有机碱会增加二次污染；二是在反应体系中加入NaOH等碱后会与降解过程中生产的HCl发生反应生成盐NaCl，NaCl同样会吸附在载体的孔道中或覆盖在催化剂表面，从而阻碍了有机氯代物和H₂的吸附与活化，会导致催化剂失活。对催化剂载体的进行修饰和改性，使催化剂活性金属和载体具有较强的相互作用是常用的能够有效的抑制HCl不利影响的途径之一。例如Takehira等人发现经Al修饰后的MCM-41负载活性金属后催化活性得到明显的提高，有利于芳烃活化(Applied Catalysis B:Environmental,66(2006)151)。中国专利(CN101565356A)采用制备介孔碳-二氧化硅复合材料负载Pd催化加氢脱氯氯代有机化合物，在低温下即可实现高效脱氯，然而该体系需要加入大量的助剂三乙胺。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种磁性碳材料负载金属催化剂。

本发明磁性碳材料负载金属催化剂，其是在碳材料上负载Fe₃O₄和活性金属元素得到的复合物；其中，所述碳材料为活性炭、碳纳米管或石墨烯，所述活性金属元素为铂、钯和铑中一种或两种

为了得到效果更好的磁性碳材料负载金属催化剂，优选按质量比碳材料：Fe₃O₄中Fe元素：活性金属元素＝1～5:2～4:0.05～0.18；更优选按质量比碳材料：Fe₃O₄中Fe元素：活性金属元素＝1:3～3.6:0.1～0.18。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供本发明磁性碳材料负载金属催化剂的制备方法，包括如下步骤：

a、取亚铁盐加入去离子水中，溶解后加入碳材料，超声波分散均匀，得到溶液A；

其中，所述碳材料活性炭、碳纳米管或石墨烯；碳材料与亚铁盐中铁的质量比为1～5:2～4；

b、将负载金属类物质加入去离子水中，然后加入氢氧化钠，超声波分散均匀，得到混合物B；

其中，负载金属类物质中金属元素与步骤a中碳材料的质量比为0.05～0.18:1～5；负载金属类物质与氢氧化钠的质量比为1～5:40；所述负载金属类物质为氯铂酸、氯亚钯酸盐、钯的氯化物、铂的氯化物、铑的氯化物、钯的硝酸盐、铂的硝酸盐和铑的硝酸盐中的一种或两种；

c、将混合物B与溶液A混合，搅拌得到黑色沉淀，采用磁铁将黑色沉淀吸附，分别用水和乙醇洗涤黑色沉淀，真空干燥，得到磁性碳材料负载金属催化剂。

为了得到性能更好的催化剂，优选步骤a中所述亚铁盐为硫酸亚铁、氯化亚铁、七水合硫酸亚铁、六水合硝酸亚铁、四水合醋酸亚铁或四水合氯化亚铁。

为了使水和亚铁盐达到一个合理的比例，优选步骤a中所述亚铁盐与去离子水的料液比为0.6～1:12～18g/mL，更优选亚铁盐与去离子水的料液比为0.8:15g/mL。

为了得到性能更好的本发明磁性碳材料负载金属催化剂，优选步骤a中所述碳材料与亚铁盐中铁的质量比为1:3～3.6。