磁性多孔碳基纳米棒的制备及催化硝基苯酚加氢反应性能

摘要

硝基苯酚(NP)是工业和农业废水中一种常见的高毒性且难降解的有机污染物.为构建稳定的高效降解NP的多孔纳米催化剂,首先通过溶剂热法合成了金属有机框架化合物(MOFs)MCF-61,然后采用高温热解法制备了Ni基磁性纳米催化剂(MCF-61*).对材料和催化剂的表征分析结果表明成功合成了MCF-61,并通过热处理成功制备了介孔MCF-61*.该纳米催化剂为多孔棒状结构,平均直径为100 nm、BET面积为119.9 cm2/g、平均孔径尺寸为11.6 nm.在热处理过程中,小分子溶剂的挥发和分解为催化剂留下了更多的催化活性位点,同时纳米棒中的一些Ni离子在高温下还原形成Ni纳米颗粒,并发生迁移和聚集.但MCF-61*的基本骨架未发生显著变化,表现出较好的热稳定性.在NP的催化实验中,随着催化反应的进行,NP的特征吸收峰呈规律性降低.MCF-61*(5.0 mg)对2-NP,3-NP和4-NP的催化速率常数(k)分别为0.7466、0.4945和0.51 min-1,表现出极高的催化效率.此外,MCF-61*还具有软磁性和准超顺磁性,能够通过磁场进行快速分离.经过五次循环使用后,MCF-61*仍具有较高的催化活性,具有经济环保和实用性强等特点.本研究为制备具有特定磁性和良好稳定性的Ni基纳米催化剂提供了一种简单的制备策略,为实现Ni基MOFs在环境治理和工业生产中的大规模应用提供了一定的可能性.