具体实施方式
下面结合附图对发明作进一步详细描述。
结合图2,本发明一步溶剂热法制备磁性纳米Cu-Fe3O4/石墨烯复合催化剂,包括以下步骤:
(1)将氧化石墨置于水溶性醇中超声分散;
(2)将二价铁盐超声溶解于水中,然后滴加至(1)溶液中,搅拌均匀;
(3)将铜盐超声溶解于水中,加入氢氧化钠溶液调节pH至10~11,抽滤洗涤得到固体产物,置于水溶性醇中超声分散,再滴加至(2)的混合液中搅拌均匀,再滴加氢氧化钠溶液调节pH至10~11,搅拌均匀,置于水热釜中反应;
(4)将步骤(3)的产物进行磁分离,分离出固体产物,用去离子水洗涤,干燥,获得磁性纳米Cu-Fe3O4/石墨烯复合催化剂。
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例1:本发明一步溶剂热法制备磁性纳米Cu-Fe3O4/石墨烯复合催化剂,包括以下步骤:
(1)将30mg氧化石墨置于60mL乙醇中超声分散45min;
(2)称取0.3025g硫酸亚铁超声溶解于5mL水中,超声15min,逐滴滴加至步骤(1)中,搅拌30min;
(3)将0.9060g硝酸铜超声溶解于水中,加入氢氧化钠溶液调节pH至10~11,抽滤洗涤得到固体产物,置于乙醇中超声分散60min,再滴加至(2)的混合液中搅拌均匀,再滴加氢氧化钠溶液调节pH至10~11,搅拌均匀,置于水热釜中,200℃,反应10h;
(4)将步骤(3)的产物进行磁分离,分离出固体产物,用去离子水洗涤,干燥,获得磁性纳米Cu-Fe3O4/石墨烯复合催化剂。TEM图显示磁性纳米Cu-Fe3O4/石墨烯复合催化剂中Cu-Fe3O4的平均粒径为35nm。
图1为所制得磁性纳米Cu-Fe3O4/石墨烯复合催化剂的XRD图,经X-射线粉末衍射(XRD)表征,所制得的产物为Cu-Fe3O4,其中Cu对应于(JCPDS:04-0836),Fe3O4对应于(JCPDS:19-0629)。
采用实施实例1制备得到的磁性纳米Cu-Fe3O4/石墨烯复合催化剂对于还原对硝基苯酚具有很强的催化活性,实验结果表明:在硼氢化钠存在的情况下,5mg磁性纳米Cu-Fe3O4/石墨烯复合催化剂可在6min内将10mL对硝基苯酚(1mmol/L)催化还原成对氨基苯酚,显示出优异的催化活性。
实施例2:本发明一步溶剂热法制备磁性纳米Cu-Fe3O4/石墨烯复合催化剂,包括以下步骤:
(1)将30mg氧化石墨置于60mL乙醇中超声分散45min;
(2)称取0.3528g硫酸亚铁超声溶解于5mL水中,超声15min,逐滴滴加至(1)中,搅拌30min;
(3)将0.7520g硝酸铜超声溶解于水中,加入氢氧化钠溶液调节pH至10~11,抽滤洗涤得到固体产物,置于乙醇中超声分散60min,再滴加至(2)的混合液中搅拌均匀,再滴加氢氧化钠溶液调节pH至10~11,搅拌均匀,置于水热釜中,120℃,反应24h;
(4)将步骤(3)的产物进行磁分离,分离出固体产物,用去离子水洗涤,干燥,获得磁性纳米Cu-Fe3O4/石墨烯复合催化剂,TEM图显示磁性纳米Cu-Fe3O4/石墨烯复合催化剂中Cu-Fe3O4的平均粒径为26nm。该复合材料对于还原对硝基苯酚具有很强的催化活性,实验结果表明:在硼氢化钠存在的情况下,5mg磁性纳米Cu-Fe3O4/石墨烯复合催化剂可在16min内将10mL对硝基苯酚(1mmol/L)催化还原成对氨基苯酚,显示出优异的催化活性。
实施例3:本发明一步溶剂热法制备磁性纳米Cu-Fe3O4/石墨烯复合催化剂,包括以下步骤:
(1)将30mg氧化石墨置于60mL乙二醇中超声分散45min;
(2)称取0.1895g氯化亚铁超声溶解于5mL水中,超声15min,逐滴滴加至(1)中,搅拌30min;
(3)将0.3021g硝酸铜超声溶解于水中,加入氢氧化钠溶液调节pH至10~11,抽滤洗涤得到固体产物,置于乙二醇中超声分散60min,再滴加至(2)的混合液中搅拌均匀,再滴加氢氧化钠溶液调节pH至10~11,搅拌均匀,置于水热釜中,120℃,反应15h;
(4)将步骤(3)的产物进行磁分离,分离出固体产物,用去离子水洗涤,干燥,获得磁性纳米Cu-Fe3O4/石墨烯复合催化剂,TEM图显示磁性纳米Cu-Fe3O4/石墨烯复合催化剂中Cu-Fe3O4的平均粒径为32nm。该复合催化剂对于还原对硝基苯酚的催化活性不高,实验结果表明:在硼氢化钠存在的情况下,5mg磁性纳米Cu-Fe3O4/石墨烯复合催化剂可在25min内将10mL对硝基苯酚(1mmol/L)催化还原成对氨基苯酚。
实施例4:本发明一步溶剂热法制备磁性纳米Cu-Fe3O4/石墨烯复合催化剂,包括以下步骤:
(1)将30mg氧化石墨置于60mL乙醇中超声分散45min;
(2)称取0.4295g硫酸亚铁超声溶解于5mL水中,超声15min,逐滴滴加至(1)中,搅拌30min;
(3)将0.2579g氯化铜超声溶解于水中,加入氢氧化钠溶液调节pH至10~11,抽滤洗涤得到固体产物,置于乙醇中超声分散60min,再滴加至(2)的混合液中搅拌均匀,再滴加氢氧化钠溶液调节pH至10~11,搅拌均匀,置于水热釜中,250℃,反应16h;
(4)将步骤(3)的产物进行磁分离,分离出固体产物,用去离子水洗涤,干燥,获得磁性纳米Cu-Fe3O4/石墨烯复合催化剂,TEM图显示磁性纳米Cu-Fe3O4/石墨烯复合催化剂中Cu-Fe3O4的平均粒径为25nm。该复合催化剂对于还原对硝基苯酚具有较强的催化活性,实验结果表明:在硼氢化钠存在的情况下,5mg磁性纳米Cu-Fe3O4/石墨烯复合催化剂可在20min内将10mL对硝基苯酚(1mmol/L)催化还原成对氨基苯酚。
实施例5:本发明一步溶剂热法制备磁性纳米Cu-Fe3O4/石墨烯复合催化剂,包括以下步骤:
(1)将30mg氧化石墨置于60mL乙二醇中超声分散45min;
(2)称取0.2845g氯化亚铁超声溶解于5mL水中,超声15min,逐滴滴加至(1)中,搅拌30min;
(3)将0.2579g氯化铜超声溶解于水中,加入氢氧化钠溶液调节pH至10~11,抽滤洗涤得到固体产物,置于乙二醇中超声分散60min,再滴加至(2)的混合液中搅拌均匀,再滴加氢氧化钠溶液调节pH至10~11,搅拌均匀,置于水热釜中,250℃,反应8h;
(4)将步骤(3)的产物进行磁分离,分离出固体产物,用去离子水洗涤,干燥,获得磁性纳米Cu-Fe3O4/石墨烯复合催化剂,TEM图显示磁性纳米Cu-Fe3O4/石墨烯复合催化剂中Cu-Fe3O4的平均粒径为28nm。该复合催化剂对于还原对硝基苯酚具有很强的催化活性,实验结果表明:在硼氢化钠存在的情况下,5mg磁性纳米Cu-Fe3O4/石墨烯复合催化剂可在14min内将10mL对硝基苯酚(1mmol/L)催化还原成对氨基苯酚,显示出优异的催化活性。
实施例6:本发明一步溶剂热法制备磁性纳米Cu-Fe3O4/石墨烯复合催化剂,包括以下步骤:
(1)将30mg氧化石墨置于60mL乙醇中超声分散45min;
(2)称取0.2895g硫酸亚铁超声溶解于5mL水中,超声15min,逐滴滴加至(1)中,搅拌30min;
(3)将0.7579g硝酸铜超声溶解于水中,加入氢氧化钠溶液调节pH至10~11,抽滤洗涤得到固体产物,置于乙醇中超声分散60min,再滴加至(2)的混合液中搅拌均匀,再滴加氢氧化钠溶液调节pH至10~11,搅拌均匀,置于水热釜中,120℃,反应8h;
(4)将步骤(3)的产物进行磁分离,分离出固体产物,用去离子水洗涤,干燥,获得磁性纳米Cu-Fe3O4/石墨烯复合催化剂,TEM图显示磁性纳米Cu-Fe3O4/石墨烯复合催化剂中Cu-Fe3O4的平均粒径为32nm。该复合催化剂对于还原间硝基苯酚具有较强的催化活性,实验结果表明:在硼氢化钠存在的情况下,5mg磁性纳米Cu-Fe3O4/石墨烯复合催化剂可在10min内将10mL间硝基苯酚(1mmol/L)催化还原成间氨基苯酚,显示出优异的催化活性。
实施例7:本发明一步溶剂热法制备磁性纳米Cu-Fe3O4/石墨烯复合催化剂,包括以下步骤:
(1)将30mg氧化石墨置于60mL乙醇中超声分散45min;
(2)称取0.1545g氯化亚铁超声溶解于5mL水中,超声15min,逐滴滴加至(1)中,搅拌30min;
(3)将0.3519g氯化铜超声溶解于水中,加入氢氧化钠溶液调节pH至10~11,抽滤洗涤得到固体产物,置于乙醇中超声分散60min,再滴加至(2)的混合液中搅拌均匀,再滴加氢氧化钠溶液调节pH至10~11,搅拌均匀,置于水热釜中,200℃,反应16h;
(4)将步骤(3)的产物进行磁分离,分离出固体产物,用去离子水洗涤,干燥,获得磁性纳米Cu-Fe3O4/石墨烯复合催化剂,TEM图显示磁性纳米Cu-Fe3O4/石墨烯复合催化剂中Cu-Fe3O4的平均粒径为24nm。该复合催化剂对于还原邻硝基苯酚具有较强的催化活性,实验结果表明:在硼氢化钠存在的情况下,5mg磁性纳米Cu-Fe3O4/石墨烯复合催化剂可在12min内将10mL邻硝基苯酚(1mmol/L)催化还原成邻氨基苯酚,显示出优异的催化活性。
实施例8:本发明一步溶剂热法制备磁性纳米Cu-Fe3O4/石墨烯复合催化剂,包括以下步骤:
(1)将30mg氧化石墨置于60mL乙醇中超声分散45min;
(2)称取0.1985g硫酸亚铁超声溶解于5mL水中,超声15min,逐滴滴加至(1)中,搅拌30min;
(3)将0.2579g氯化铜超声溶解于水中,加入氢氧化钠溶液调节pH至10~11,抽滤洗涤得到固体产物,置于乙醇中超声分散60min,再滴加至(2)的混合液中搅拌均匀,再滴加氢氧化钠溶液调节pH至10~11,搅拌均匀,置于水热釜中,180℃,反应18h;
(4)将步骤(3)的产物进行磁分离,分离出固体产物,用去离子水洗涤,干燥,获得磁性纳米Cu-Fe3O4/石墨烯复合催化剂,TEM图显示磁性纳米Cu-Fe3O4/石墨烯复合催化剂中Cu-Fe3O4的平均粒径为35nm。该复合催化剂对于还原间硝基苯胺具有较强的催化活性,实验结果表明:在硼氢化钠存在的情况下,5mg磁性纳米Cu-Fe3O4/石墨烯复合催化剂可在28min内将10mL间硝基苯胺(1mmol/L)催化还原成间苯二胺,显示出优异的催化活性。
实施例9:本发明一步溶剂热法制备磁性纳米Cu-Fe3O4/石墨烯复合催化剂,包括以下步骤:
(1)将30mg氧化石墨置于60mL异丙醇中超声分散45min;
(2)称取0.1985g硫酸亚铁超声溶解于5mL水中,超声15min,逐滴滴加至(1)中,搅拌30min;
(3)将0.2579g氯化铜超声溶解于水中,加入氢氧化钠溶液调节pH至10~11,抽滤洗涤得到固体产物,置于异丙醇中超声分散60min,再滴加至(2)的混合液中搅拌均匀,再滴加氢氧化钠溶液调节pH至10~11,搅拌均匀,置于水热釜中,240℃,反应10h;
(4)将步骤(3)的产物进行磁分离,分离出固体产物,用去离子水洗涤,干燥,获得磁性纳米Cu-Fe3O4/石墨烯复合催化剂,TEM图显示磁性纳米Cu-Fe3O4/石墨烯复合催化剂中Cu-Fe3O4的平均粒径为30nm。该复合催化剂对于还原对氯硝基苯具有较强的催化活性,实验结果表明:在硼氢化钠存在的情况下,5mg磁性纳米Cu-Fe3O4/石墨烯复合催化剂可在18min内将10mL对氯硝基苯(1mmol/L)催化还原成对氯苯胺,显示出优异的催化活性。
实施例10:本发明一步溶剂热法制备磁性纳米Cu-Fe3O4/石墨烯复合催化剂,包括以下步骤:
(1)将30mg氧化石墨置于60mL乙醇中超声分散45min;
(2)称取0.1985g硫酸亚铁超声溶解于5mL水中,超声15min,逐滴滴加至(1)中,搅拌30min;
(3)将0.1975g氯化铜超声溶解于水中,加入氢氧化钠溶液调节pH至10~11,抽滤洗涤得到固体产物,置于乙醇中超声分散60min,再滴加至(2)的混合液中搅拌均匀,再滴加氢氧化钠溶液调节pH至10~11,搅拌均匀,置于水热釜中,200℃,反应18h;
(4)将步骤(3)的产物进行磁分离,分离出固体产物,用去离子水洗涤,干燥,获得磁性纳米Cu-Fe3O4/石墨烯复合催化剂,TEM图显示磁性纳米Cu-Fe3O4/石墨烯复合催化剂中Cu-Fe3O4的平均粒径为24nm。该复合催化剂对于还原邻硝基甲苯具有较好的催化活性,实验结果表明:在硼氢化钠存在的情况下,5mg磁性纳米Cu-Fe3O4/石墨烯复合催化剂可在35min内将10mL邻硝基甲苯(1mmol/L)催化还原成邻氨基甲苯,显示出较好的催化活性。对照例1:纳米Cu/石墨烯复合催化剂的制备方法,包括以下步骤:
(1)将30mg氧化石墨置于60mL乙醇中超声分散45min;
(2)将0.9060g硝酸铜超声溶解于水中,加入氢氧化钠溶液调节pH至10~11,抽滤洗涤得到固体产物,置于乙醇中超声分散60min,再滴加至(1)的混合液中搅拌均匀,再滴加氢氧化钠溶液调节pH至10~11,搅拌均匀,置于水热釜中,200℃,反应10h;
(3)将步骤(2)的产物进行过滤,分离出固体产物,用去离子水洗涤,干燥,获得纳米Cu/石墨烯复合催化剂。
采用对照例1制备得到的纳米Cu/石墨烯复合催化剂对于还原对硝基苯酚具有较好的催化活性,但没有磁性,无法实现分离。
对照例2,磁性Fe3O4/石墨烯复合催化剂的制备方法,包括以下步骤:
(1)同实施例1中的步骤(1);
(2)称取0.3025g硫酸亚铁超声溶解于5mL水中,超声15min,逐滴滴加至步骤(1)中,搅拌30min;
(3)将氢氧化钠溶液滴加至(2)中,调节混合液的pH至10~11,搅拌均匀,然后置于水热釜中,200℃,反应10h;
(4)将步骤(3)的产物进行磁分离,分离出固体产物,用去离子水洗涤,干燥,获得磁性Fe3O4/石墨烯复合催化剂。
采用对照例2制备得到的磁性Fe3O4/石墨烯复合催化剂对于还原对硝基苯酚具有很低的催化活性,实验结果表明:在硼氢化钠存在的情况下,5mg磁性Fe3O4/石墨烯复合催化剂在很长一段时间内也不能完全将10mL对硝基苯酚(1mmol/L)催化还原成对氨基苯酚(反应进行得较慢),表明其催化活性低。
对照例3:在硼氢化钠存在的情况下,5mg商业铜粉催化剂在很长一段时间内也不能完全将10mL对硝基苯酚(1mmol/L)催化还原成对氨基苯酚(反应进行得非常缓慢),表明商业铜粉对于还原对硝基苯酚的催化活性很低。
将所制备的磁性纳米Cu-Fe3O4/石墨烯复合催化剂与文献中铜催化剂的催化性能进行了对比,其结果如表1。
表1所制磁性纳米Cu-Fe3O4/石墨烯复合催化剂与文献中铜催化剂的催化性能的对比
通过表1可以看出,通过溶剂热法制备的磁性纳米Cu-Fe3O4/石墨烯复合催化剂应用于催化NaBH4还原对硝基苯酚制对氨基苯酚的过程中,其催化活性明显高于文献报道的Cu纳米球和Cu纳米棒的催化活性(Catal.Commun.,2010,11,651),磁性纳米Cu-Fe3O4/石墨烯复合催化剂优异的催化活性主要归因于纳米Cu,Fe3O4和石墨烯三者之间产生了协同效应。