宋晓文，张恩磊，陈娇娇，徐睿，张本贵，王国胜
（沈阳化工大学化学工程学院，辽宁 沈阳 110142）
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①宋晓文，张恩磊，陈娇娇，徐睿，张本贵，王国胜. 钴铜层状双金属氢氧化物合成及其催化还原对硝基苯酚性能的研究[J]. 铜业工程,2024(4):22-29.
②SONG Xiaowen, ZHANG Enlei, CHEN Jiaojiao, XU Rui, ZHANG Bengui, WANG Guosheng. Synthesis of cobalt-copper layered double hydroxides and their catalytic reduction of 4-nitrophenol[J]. Copper Engineering, 2024(4):22-29.
doi: 10.3969/j.issn.1009-3842.2024.04.003
开发高效催化材料降解硝基有机污染物，对于推动绿色化学和化工的发展具有重要的意义。为此，研究了水浴法合成的钴铜层状双金属氢氧化物（CuCo-LDHs）将对硝基苯酚（4-NP）催化还原为对氨基苯酚（4-AP）的反应过程；通过X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、扫描电子显微镜（SEM）、电感耦合等离子体光谱仪（ICP），对材料的晶体结构、表面形貌等进行了表征；同时系统性研究了催化剂用量，4-NP的初始浓度、反应温度及硼氢化钠（NaBH₄）浓度对CuCo-LDHs催化还原性能的影响。研究结果表明：CuCo-LDHs在催化还原4-NP的反应中表现出较高的催化活性，且反应条件温和，产物无污染。在室温及反应时间为3 min条件下，10 mgCuCo-LDHs可将100 mL 0.10 mmol/L的4-NP有效还原，转化率可达到95%。最后对CuCo-LDHs催化还原4-NP生成4-AP的反应机理进行了分析讨论。
对硝基苯酚（4-NP）在医药、农药等领域中被广泛应用，在应用过程中会不可避免地将含有4-NP的有机废水排放到水体环境中，而4-NP会引起血液紊乱，对人的肝、肾等器官和神经系统造成损伤。将4-NP从水体中去除具有很大的工业意义。目前处理4-NP的方法有：铁粉还原法、电解还原法、催化加氢法、化学还原法等。而NaBH₄催化还原4-NP可以在温和的条件下将硝基还原为氨基。与4-NP相比，对氨基苯酚（4-AP）具有较低的毒性，常应用于扑热息痛、显影液等。4-AP不仅是合成各种医药和塑料制品的重要工业前体，也是化工及医药行业中关键的中间产品。
现阶段用于催化还原4-NP反应的催化剂主要分为两类：一类是贵金属催化剂，如Ｒu，Pt，Au等，这类催化剂具有较高的催化性能，然而昂贵的价格及资源的稀缺使得这类催化剂的应用受到限制；另一类则是非贵金属催化剂，例如Co-B，Ni-B等。相关研究发现Co，Ni，Cu等过渡金属催化剂具有较好的催化性能且成本低廉。从实用的角度出发，非贵金属催化剂更具应用潜力。目前报道过的钴铜催化剂有Cu/BN，AgCu双金属，CuO/PMS，CuO-NiO/PMS，Cu-Co-O，Cu@PI-COF，Cu-Sc。在制备方法相同、结构组成相似的情况下，钴铜双金属催化剂的催化活性普遍较高，两种金属之间存在协同作用，这类双金属催化剂与传统意义上的单金属催化剂相比，具有更高的催化活性和稳定性，在催化、电化学等领域展现出了广阔的应用前景。
图1 CuCo-LDHs（a）XRD和（b）FTIR图谱
图2 CuCo-LDHs的SEM图谱
图3 CuCo-LDHs，Cu-LDHs，Co-LDHs对4-NP（a）转化率及其（b）一级动力学曲线
图5 CuCo-LDHs催化剂投加量对4-NP（a）转化率和（b）动力学的影响
图6 4-NP初始浓度对4-NP（a）转化率和（b）动力学的影响
图7 NaBH₄与4-NP的摩尔比对4-NP（a）转化率和（b）动力学的影响
图8 反应温度对4-NP（a）转化率和（b）动力学的影响
图9 CuCo-LDHs催化还原4-NP过程
《铜业工程》创刊于1984年，由江西铜业集团有限公司主管主办，是我国铜工业领域全面反映铜产业链技术进步和金属材料科技创新的双月刊。中国工程院外籍院士、加拿大工程院院士、加拿大皇家科学院院士徐政和为期刊特约主编。期刊为《有色金属领域高质量科技期刊分级目录（2023）》T3级别，同时被美国《化学文摘》、俄罗斯《文摘杂志》《中国核心期刊（遴选）数据库》《万方数据库》《维普中文科技期刊数据库》等国内外检索数据库平台收录。本刊主要刊登铜、铅锌、稀有金属、贵金属等有色金属在采选、冶金、加工、环保、分析测试等方面的最新科研成果及应用，以及有色金属领域产业数字化、“双碳”战略推进等研究论文和综述文章。
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