[发明专利]稀土氧化物负载铁纳米粒子催化剂及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种稀土氧化物负载铁纳米粒子催化剂，其特征为该催化剂的组成包括载体、活性组分和碳纳米管；所述的载体为Tb₂O₃/Dy₂O₃稀土氧化物，活性组分为Fe纳米粒子；其中,Fe纳米粒子在催化剂中的质量百分含量为10～15％；多壁碳纳米管在催化剂中的质量百分含量为5～10％；载体在催化剂中的质量百分含量为50～60％；载体中Tb和Dy摩尔比为Tb：Dy＝0.40～0.50：1.10～1.20，其余为高温碳化后的杂质，以及掺入的氮；

所述的催化剂的粒径为200～300μm；

所述的稀土氧化物负载铁纳米粒子催化剂的制备方法，该方法包括如下步骤：

(1)将聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和多壁碳纳米管(MWCNT)加入到N,N-二甲基甲酰胺中在70～80℃下搅拌0.5～1.5小时，得到第一混合溶液；冷却至室温后，再将TbCl₃·6H₂O、DyCl₃·6H2O、FeCl₃·6H₂O加入到第一混合溶液中，继续搅拌0.5～1小时，得到第二混合溶液；搅拌下向第二混合溶液添加聚丙烯腈，搅拌16～24h，得到纺丝液；

所述，每10mLN,N-二甲基甲酰胺加0.5～1.0g聚甲基丙烯酸甲酯、0.01～0.05g多壁碳纳米管、0.40～0.50mmol的TbCl₃·6H₂O、1.10～1.20mmol的DyCl₃·6H₂O、3.30～3.40mmol的FeCl₃·6H₂O、1.5～2.5g的聚丙烯腈；

(2)将纺丝液加入到无菌注射器中，在进行静电纺丝，得到纳米线；

所述静电纺丝的电压为20～25kV，推料量为8～12ml，针头规格为10～20G，推料速度为0.0010～0.0020mm/s；

(3)纺丝完全后将得到的纳米线室温干燥，然后将其置于管式炉中，氩气氛围下升温到800～900℃后，通15～25min氨气保温，然后切换氩气继续保温100～120min，最后降至室温得到Tb₂O₃/Dy₂O₃/Fe复合材料。

2.如权利要求1所述的稀土氧化物负载铁纳米粒子催化剂，其特征为制备方法中，所述的加入聚丙烯腈的时间为10～15min。

3.如权利要求1所述的稀土氧化物负载铁纳米粒子催化剂，其特征为制备方法中，所述步骤(1)的加热搅拌转速为400～500rmp，加入聚丙烯腈后的转速为900～1000rmp。

4.如权利要求1所述的稀土氧化物负载铁纳米粒子催化剂，其特征为制备方法中，所述得到的纺丝样品干燥时间为10～15h。

5.如权利要求1所述的稀土氧化物负载铁纳米粒子催化剂，其特征为制备方法中，所述管式炉升温速率为3～7℃/min。

6.如权利要求1所述的稀土氧化物负载铁纳米粒子催化剂，其特征为制备方法中，步骤(1)中纺丝液中总的金属离子浓度为0.45～0.55M。