一种Pd/MWCNTs催化剂的制备方法与流程

本发明涉及催化剂制备，具体涉及一种pd/mwcnts催化剂的制备方法。

背景技术：

1、作为构建含能材料的最基本能量单元，含能化合物性能的优劣直接影响武器装备的战斗力的强弱。六硝基六氮杂异伍兹烷(cl-20)作为一种具有高能量密度的、综合性能最好的单质含能材料，成为各个国家含能工作者研究的重点。爆炸性较好且稳定性较高的火炸药高能材料cl-20在制备过程中，存在贵金属钯(pd)碳催化剂用量大、氢解脱苄效率低、催化剂极易失活、难以循环使用等弊端。

2、目前已商业化的pd-c催化剂主要存在以下三个问题，一是负载的pd粒径较大，其活性位点有限，导致原子利用率低，通常通过提高pd的负载量和催化剂使用量以保证较好的催化性能；二是反应过程中贵金属pd易发生迁移团聚，不仅导致催化位点严重减少，活性明显降低，而且pd团聚的不可逆性使得催化剂无法循环使用；三是碳基主要作为惰性载体，而pd组分作为活性物质参与反应，两者之间相互作用力弱，未发挥其协同作用。针对以上问题，急需寻找一种有效碳载体，并发明一种促进单分散、小颗粒贵金属pd负载，抑制pd纳米颗粒团聚，提高pd-碳载体相互作用以实现催化性能显著提高的新型高效催化剂的制备方法。

技术实现思路

1、本发明克服现有技术的不足，提供一种高分散pd/碳纳米管(mwcnts)催化剂的制备方法，以期大程度改善以上问题：最大化地暴露金属颗粒的活性位点，提高活性组分的利用率；增强活性组分和载体之间的相互作用；基于以上方面进而增强催化活性；pd/mwcnts合成产物中pd的高分散性大大降低pd的剂量以有效降低成本。

2、为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种pd/mwcnts催化剂的制备方法，包括以下步骤：

3、(1)载体预处理，在mwcnts中加入体积分数为30％的硝酸，油浴中加热回流搅拌处理，然后真空泵减压抽滤出mwcnts，蒸馏水洗涤处理后的mwcnts至中性，烘干得到预处理好的粉末状mwcnts；

4、(2)水浴加热环境下，将乙酰丙酮钯溶解到乙醇溶液中，将步骤(1)中的预处理好的粉末状mwcnts分散到乙酰丙酮钯乙醇溶液中，将混合液放入水浴加热环境中封口搅拌3h，然后烘干；

5、(3)将烘干后的样品研磨后加入到水热反应釜中，向反应釜中加入双氧水，拧紧反应釜盖后将其置于干燥箱内干燥，之后再开盖烘干；

6、(4)将样品研磨后放入管式炉中，在氢气气氛中以2℃/min的升温速率升至300℃，在目标温度下恒温3h，得到pd/mwcnts催化剂。

7、作为本发明技术方案的进一步限定，步骤(1)中mwcnts与30％硝酸的质量体积比为：1g：2-8ml。

8、作为本发明技术方案的进一步限定，步骤(1)中油浴温度为60℃，加热回流搅拌处理4h，烘干条件为120℃烘箱中干燥6h。

9、作为本发明技术方案的进一步限定，步骤(2)中乙酰丙酮钯与预处理好的粉末状mwcnts的质量比为1-5:10，乙醇溶液的浓度为98％，乙酰丙酮钯乙醇溶液的浓度为0.002-0.01g/ml.

10、作为本发明技术方案的进一步限定，步骤(2)水浴加热温度为50℃，烘干条件为110℃烘干12h。

11、作为本发明技术方案的进一步限定，步骤(3)中双氧水与步骤(2)中的乙醇溶液的体积比为10:1

12、作为本发明技术方案的进一步限定，步骤(3)中的干燥条件为50℃，干燥12h，开盖烘干时间为12h。

13、本发明还提供上述的制备方法得到的pd/mwcnts催化剂。

14、与现有技术相比本发明具有以下有益效果：

15、本发明采用载体mwcnts，采用硝酸氧化处理的方法对载体mwcnts进行改性，使其表面功能化，目的为了增加mwcnts表面含氧官能团和活性位点，提高载体表面亲水性和吸附pd前驱体的吸附位点数量，从而提高pd纳米颗粒负载的分散度。金属有机配体以温和脱除有机物模板剂的方法先将金属有机配体处理掉，从而有效避免在加热还原时pd纳米颗粒的团聚，提高负载的金属pd纳米颗粒的稳定性，达到高分散。

16、本发明中用一种新型碳基材料取代普通碳载体，进一步提高pd-c间协同效应以提高催化活性。相比于传统的碳质材料，mwcnts的优势如下：①相比传统碳质材料，mwcnts载体的化学结构决定其纯化后杂质混合物更少，更纯净；②mwcnts与传统的炭黑等碳质材料相比，其优异的导电性更有利于导电电子的传输；③pd纳米粒子和mwcnts之间具有较强的协同作用，不仅可以提高催化效率，还能为pd纳米粒子的稳定性提供保障；碳纳米管独特的多孔结构有利于活性物质在活性位点的有效附着。基于此，将pd纳米颗粒有效负载在mwcnts上，其优势在于：①加速复合结构电子传输效率，②促进pd与碳基载体mwcnts间的协同，③提高氢气在活性位点的附着，基于以上优势以提高复合催化剂活性及稳定性，使其在cl-20合成过程的氢解脱苄反应中展现出优异性能。

17、由于mwcnts化学性质稳定，贵金属在mwcnts上的有效负载难以实现，我们将mwcnts进行预处理，对其表面进行功能化处理，增加pd负载的活性位点，从而实现pd纳米颗粒在mwcnts上的有效负载，提高cl-20合成过程的氢解脱苄反应性能，为cl-20合成提供保障。

技术特征：

1.一种pd/mwcnts催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种pd/mwcnts催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中mwcnts与30%硝酸的质量体积比为：1g：2-8ml。

3.根据权利要求1所述的一种pd/mwcnts催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中油浴温度为60℃，加热回流搅拌处理4h，烘干条件为120℃烘箱中干燥6 h。

4.根据权利要求1所述的一种pd/mwcnts催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（2）中乙酰丙酮钯与预处理好的粉末状mwcnts的质量比为1-5:10，乙醇溶液的浓度为98%，乙酰丙酮钯乙醇溶液的浓度为0.002-0.01g/ml。

5.根据权利要求1所述的一种pd/mwcnts催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（2）水浴加热温度为50℃，烘干条件为110℃烘干12h。

6.根据权利要求1所述的一种pd/mwcnts催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（3）中双氧水与步骤（2）中的乙醇溶液的体积比为10:1。

7.根据权利要求1所述的一种pd/mwcnts催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（3）中的干燥条件为50℃，干燥12h，开盖烘干时间为12h。

8.一种如权利要求1-7任一项所述的制备方法得到的pd/mwcnts催化剂。

技术总结本发明涉及催化剂制备技术领域，具体涉及一种Pd/MWCNTs催化剂的制备方法；包括以下步骤：（1）载体预处理；（2）将步骤（1）中的预处理好的粉末状MWCNTs分散到乙酰丙酮钯乙醇溶液中，封口搅拌3h，然后烘干；（3）将烘干后的样品研磨后加入到水热反应釜中，向反应釜中加入双氧水；（4）将样品研磨后放入管式炉中，在目标温度下恒温3h，得到Pd/MWCNTs催化剂。本发明以温和脱除有机物模板剂的方式将金属有机配体除掉，有效避免加热还原过程中颗粒的团聚，提高金属的稳定性，达到高分散。将MWCNTs进行预处理，对其表面进行功能化处理，增加Pd负载的活性位点，从而实现Pd纳米颗粒在MWCNTs上的有效负载。技术研发人员：赵彤,武越,贾慧贤,赵婷,曹卓,薛燕,金彦任,田悦,张凌旋,王雅男,张立,李达,温宇慧,李爱叶受保护的技术使用者：山西新华防化装备研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/10/17