一种具有催化性能的镍纳米复合水凝胶及其制备方法
[0040](3)镍纳米粒子在温敏水凝胶中的制备:将吸附Ni2+的温敏水凝胶放到30mL浓度为38mmol/L的NaBH4水溶液中，25°C的条件下，摇床震荡30min，即得镍纳米复合水凝胶。将(3)中制得的镍纳米复合水凝胶用于催化对硝基苯酚的还原反应。
[0041]将步骤(3)中制备的产物用TEM进行表征，图2为此条件下制备的镍纳米粒子复合水凝胶，从图中可以看出，镍纳米粒子为球状，在凝胶中均匀分散，没有团聚现象，且平均粒径大概为10nm。
[0042]实施例3
[0043]本实施例具有催化性能的镍纳米复合水凝胶的制备方法如下:
[0044](I)将NIPAAm加入到蒸馏水中，其浓度为lmol/L，25°C搅拌至完全溶解。加入NaAMPS水溶液，使NIPAAm与NaAMPS的摩尔比分别为24:1。将反应液置于冰水浴中冷却降温，在N2保护下加入ImoI %的交联剂、ImoI %的引发剂，搅拌后向混合液中加入促进剂50 μ L，然后迅速将溶液倒入厚度为2mm的玻璃模具中，进行原位自由基聚合反应，控制反应温度在30°C，反应24h ；
[0045](2)温敏水凝胶对镍离子的吸附:将153mg的水凝胶放到50mL浓度为lOmmol/L的Ni (NO3) 2水的溶液中，200C的条件下，摇床震荡24h。将吸附Ni 2+的凝胶放到水中浸泡24h，每隔3h换一次水；
[0046](3)镍纳米粒子在温敏水凝胶中的制备:将吸附Ni2+的温敏水凝胶放到30mL浓度为50mmol/L的NaBH4水溶液中，25°C的条件下，摇床震荡30min，即得镍纳米复合水凝胶。将
(3)中制得的镍纳米复合水凝胶用于催化对硝基苯酚的还原反应。
[0047]将(3)中制得的镍纳米复合水凝胶用于催化对硝基苯酚的还原反应。
[0048]将步骤(3)中制备的产物用TEM进行表征，图3为此条件下制备的镍纳米粒子复合水凝胶，从图中可以看出，镍纳米粒子为球状，在凝胶中均匀分散，没有团聚现象，且平均粒径大概为19nm。
[0049]用UV-vis监测对硝基苯酚的还原过程。图4显示了实施例1、2、3所得产物镍纳米复合水凝胶在催化对硝基苯酚还原反应时，温度对表观反应速率常数的影响。在图 4 中，PNIPA-co-PNaAMPSd: 50)-N1、PNIPA-co-PNaAMPS(I: 32)-Ni 和PNIPA-Co-PNaAMPSd: 24)-Ni分别代表实施例1、2、3所制备的复合水凝胶。从图中可知，三种复合水凝胶对对硝基苯酚(4-NP)的催化过程中，表观速率常数并没有随着温度的升高而升高。这种现象可以通过4-NP的还原机理进行解释。在反应过程中，BH4IP 4-NP首先扩散进入凝胶网络，然后BH4—吸附到Ni纳米粒子表面形成金属氢化物，接下来，4-NP被吸附到Ni纳米粒子表面，BH4_上的电子通过Ni纳米粒子转移到4-NP将其还原成对氨基苯酚(4-AP)，最后4-AP将从Ni纳米粒子表面解吸附，向凝胶网络外部扩散。因此，4-NP还原反应的表观速率常数是由4-NP在凝胶网络中的扩散速率，4-NP向4-AP转化的速率和4-AP从Ni粒子表面脱离的速率共同决定的。在一定的温度范围内，虽然温度升高了，但是表观速率常数还是逐渐降低，这是由于温度升高导致水凝胶的收缩阻碍4-NP在凝胶网络中的扩散，且这种影响要强于温度升高对扩散速率促进作用。然而，在另一温度范围内，温度对反应物的扩散速率的影响占据主导地位，因而表观速率常数随温度的升高而增加。
[0050]图5显示了实施例3所得产物镍纳米复合水凝胶在重复使用过程中转化频率(TOF)和转化率的变化。PNIPA-co-PNaAMPS/Ni复合水凝胶是大块水凝胶，回收便捷，即将复合凝胶从反应体系中取出，用去离子水冲洗三次就可用到下一次反应中。此外，在实验中，我们用转化频率(T0F，即单位时间单位质量的催化剂消耗的反应物的质量)和反应物转化率来评价其重复使用性。从图5可以看出，在重复使用5次之后，TOF仅从0.46114变到了 0.451Γ1，转化率从100%变到了 97.19%。这说明复合水凝胶在至少5次循环过程中展现出了易回收和重复使用能高的特点。
【主权项】
1.一种具有催化性能的镍纳米复合水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)温敏水凝胶的制备:25°c下，将NIPAAm加入到蒸馏水中，搅拌至完全溶解，加入NaAMPS水溶液； 将上述制备的溶液置于冰水浴中，在N2保护下，加入Imol %的交联剂、Imol %的引发剂，搅拌混合均匀后向其中加入促进剂50 μ L，最后将溶液倒入厚度为2_的玻璃模具中，进行原位自由基聚合反应，控制反应温度为25-30°C，反应时间为24h ; (2)温敏水凝胶对镍离子的吸附:将上述制备的水凝胶放入50mL的Ni(NO3)2水溶液中，20°C下摇床震荡24h，然后将吸附Ni2+的凝胶放到水中浸泡24h，每隔3h换一次水； (3)镍纳米粒子在温敏水凝胶中的制备:将(2)中制得的水凝胶放入30mL的NaBHjK溶液中，25°C下反应完全，即得镍纳米复合水凝胶； 所述的NIPAAm为N-异丙基丙烯酰胺；所述的NaAMPS为2-丙烯酰胺_2_甲基丙磺酸钠；所述的交联剂为N，N’ -亚甲基双丙烯酰胺；所述的引发剂为过硫酸铵或过硫酸钾； 所述的促进剂为N，N，N’，N’ -四甲基乙二胺；所述的Ni (NO3)2为硝酸镍； 所述的NaBH4为硼氢化钠。
2.根据权利要求1所述的一种具有催化性能的镍纳米复合水凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤⑴中的NIPAAm的浓度为lmol/L。
3.根据权利要求1所述的一种具有催化性能的镍纳米复合水凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤(I)中的NIPAAm与NaAMPS的摩尔比为24?50: I。
4.根据权利要求1所述的一种具有催化性能的镍纳米复合水凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中的水凝胶的质量为153mg。
5.根据权利要求1所述的一种具有催化性能的镍纳米复合水凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤⑵中的Ni2+的浓度为I?10mmol/L。
6.根据权利要求1所述的一种具有催化性能的镍纳米复合水凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中的NaBHjK溶液的浓度为20?50mmol/L。
7.根据权利要求1所述的一种具有催化性能的镍纳米复合水凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中的还原时间为30min。
8.—种具有催化性能的镍纳米复合水凝胶，其特征在于，所述镍纳米复合水凝胶是根据权利要求1-7中任意一项所述方法制备得到的。
9.一种具有催化性能的镍纳米复合水凝胶在对硝基苯酚还原中的应用，其特征在于，所述镍纳米复合水凝胶为权利要求8中的具有催化性能的镍纳米复合水凝胶。
【专利摘要】本发明公开了一种具有催化性的镍纳米复合水凝胶及其制备方法。该方法包括以下步骤：(1)温敏水凝胶的制备；(2)温敏水凝胶对镍离子的吸附；(3)镍纳米粒子在温敏水凝胶中的制备。采用本发明的纳米复合凝胶的制备方法，其制备过程简单，制备产物易于回收再利用，有效防止了镍纳米粒子对反应产物及环境的污染，解决了现有镍纳米粒子在应用过程中易于团聚、易流失和不易回收等问题。
【IPC分类】C08F222-38, C08J3-075, C08F220-54, B01J31-06, C07C213-02, C07C215-76, C08L33-24, C08F220-58, C08K3-08
【公开号】CN104558398
【申请号】CN201510005874
【发明人】陈莉, 高友志, 何洋, 颜范勇
【申请人】天津工业大学
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年1月5日
文档序号 :
【 8244321 】
技术研发人员：陈莉,高友志,何洋,颜范勇
技术所有人：天津工业大学
备 注：该技术已申请专利，仅供学习研究，如用于商业用途，请联系技术所有人。
声 明 ：此信息收集于网络，如果你是此专利的发明人不想本网站收录此信息请联系我们，我们会在第一时间删除
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