[发明专利]一种用于木质素β-O-4酮模型化合物光催化解聚的催化剂及其制备方法

说明书

本申请公开了一种用于木质素β‑O‑4酮模型化合物光催化解聚的催化剂，还公开了所述催化剂的制备方法。以六水硝酸镍为镍源，钛酸四丁酯为载体TiOsubgt;2/subgt;的前驱体，由此制备所述催化剂。本申请利用原位水热合成的方法，在钛酸四丁酯水解生成TiOsubgt;2/subgt;的过程中将硝酸镍均匀分散在TiOsubgt;2/subgt;表面，然后在氮气气氛下煅烧，由此得到NiO均匀分散在TiOsubgt;2/subgt;纳米球表面的“枣糕型”催化剂。通过掺杂NiO纳米颗粒抑制了TiOsubgt;2/subgt;在使用中易形成团簇的特性，提高了催化剂的稳定性和光催化活性。本发明的催化剂制备过程简便，对多种木质素β‑O‑4酮的光催化解聚均具有良好的催化活性，且循环使用多次依旧具有良好催化效果，催化剂稳定性良好，具有良好的工业应用前景。

技术领域

本发明涉及一种用于木质素β-O-4酮模型化合物光催化解聚的催化剂、所述催化剂的制备方法,属于催化材料技术领域。

背景技术

光催化是一个将光能转化为化学能的过程，目前光催化技术已广泛应用于光解水制氢、醇氧化、有机废物的氧化降解等领域。常见的光催化剂有ZnO、SnO、CdS和TiO₂等半导体，其中TiO₂因其价格低廉、性质稳定、无毒害等优点被人们所青睐。然而TiO₂的禁带能量为3.2ev，这抑制了它对可见光的吸收，此外TiO₂的电子和空穴复合很快，这也导致了其量子产率很低。通常通过负载Au、Ag、Pd等金属对其进行改性来增强其光催化活性，然而这些贵金属的负载导致催化剂成本大大增加。Ni作为一种贱金属，其氧化物NiO是一种P型半导体，用其对TiO₂改性不仅改良了催化剂的催化活性，还降低了催化剂的成本，这有利于工业化应用。

木质素是自然界中含有最多芳香类化合物的物质，由其生产芳香类化学品不仅可以产生可观的经济效益，还能从一定程度上减轻环境污染问题。近些年来已有较多关于木质素或木质素模型化合物催化解聚方面的研究，然而常温常压下高选择性的催化木质素解聚还是一个具有挑战性的工作，光催化剂因其可以高选择性的破坏目标化学键且反应条件温和而备受人们关注。

目前关于木质素β-O-4模型化合物光催化解聚的手段有两种，一种是利用光催化剂产生的光生电子活化氧气，继而在超氧阴离子自由基的作用下断裂C-O键；另一种则是木质素β-O-4模型化合物在光生电子的作用下直接断裂C-O键。然而不论选择哪种手段，具有高催化活性的催化剂往往离不开贵金属或高毒性的化学物质，因此开发一种廉价、绿色且高效的光催化剂对木质素β-O-4模型化合物的光催化解聚具有重要意义。

发明内容

本发明提出了一种催化剂，以解决或部分解决现有技术中木质素β-O-4模型化合物解聚过程中反应条件不够温和、催化剂不够绿色的技术问题。

本发明提供了一种用于木质素β-O-4酮模型化合物光催化解的催化剂，其以纳米TiO₂为载体，负载NiO纳米颗粒；其中TiO₂前驱体为钛酸四丁酯，制得的TiO₂晶型为锐钛矿型，其平均粒径为5.7nm(4nm～8nm)；所述催化剂中NiO的负载量为0.1％-5％，NiO纳米粒子的平均粒径为1.5nm(1nm～2nm)。

本发明还提供了所述催化剂的制备方法，所述方法包括以下步骤：

1)取体积比1:1至10:1的钛酸四丁酯和无水乙醇置于反应釜内衬并于室温下搅拌均匀；

2)随后，向反应釜内衬中加入镍源(镍源选自硝酸镍、硫酸镍、氯化镍中的一种，优选为六水硝酸镍)，之后逐滴加入与步骤1中得到的溶液等体积的去离子水，将所得混合液在常温下搅拌均匀，其中优选地，六水硝酸镍与钛酸四丁酯的质量比为1比50到1比5；

3)将步骤2中得到的混合液在均相反应器中于130-200℃(优选150℃)下加热8-16小时(优选12小时)；