CN103599777A - 用于室温一氧化碳脱除的金基催化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于室温催化氧化一氧化碳的金基催化剂及其制备方法。本发明对金催化剂制备的传统沉积-共沉淀法进行了改良，采用光-热结合的方式对金前驱体进行活化，制得室温下高效催化氧化一氧化碳的金催化剂，提高了金的利用效率。该方法工艺过程简单，操作方便，制备参数易于控制，重复性好，可以规模化合成。
Description
技术领域
本发明涉化工及环境治理技术领域的催化剂及其制备方法，具体是一种用于室温下催化氧化一氧化碳的金基催化剂及其制备方法。
背景技术
一氧化碳（CO）是一种易燃、易爆、剧毒的气体污染物，主要产生在烃类以及其它有机物的不完全燃烧过程中，ppm数量级的CO即可直接威胁到人类的生存和健康。因此，CO的催化消除一直是化工和环境治理领域的热点之一。新近开发的金催化剂具有很好的抗湿度和低温催化性能，然而高价态金的热力学不稳定性，导致在催化剂的制备过程中金的前驱物极易分解，因此常规的浸渍方法通常难以获得高效稳定的金催化剂。目前金催化剂的制备普遍采用的是以氯金酸为金源的沉积-共沉淀法，即先通过沉淀剂将金前驱物沉积于载体表面，再在一定气氛下焙烧使金前驱物分解成金属态金，同时获得金与载体相互作用的界面。该制备方法有效地提高了金催化剂室温催化氧化一氧化碳的活性，然而其重现性仍然较差，这主要是由于载体表面往往较为复杂，对金前驱物进行直接焙烧活化是一个不可控的过程，在构造界面的同时也易导致金颗粒的团聚从而损失部分活性中心。不仅如此，较大的金颗粒一旦形成，就极易成为周围小颗粒金的聚集中心，从而引发催化剂在反应和存放过程中的失活。为克服上述问题，本发明提出了一种新的金催化剂制备方法，采用光-热结合的方式对金前驱体进行活化，生成室温下高效催化氧化一氧化碳的金催化剂，从而提高金的利用效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于室温下催化氧化一氧化碳的金基催化剂及其制备方法。
本发明所述催化剂的组分及其质量百分比为：0.5%～5%的金和99.5%～95%的氧化物载体，氧化物载体为TiO2，Mn2O3，CeO2，Al2O3中的一种，采用氯金酸为金源，尿素为沉淀剂，采用光-热结合沉积沉淀法实现金的负载：
（1）将氯金酸、尿素与氧化物载体混合的悬浊液经水浴反应1小时后，过滤得到固体粉末;
（2）将固体粉末分散于蒸馏水中磁力搅拌，置于紫外灯下进行室温光照，反应后过滤、洗涤并真空干燥12小时;
（3）取出固体粉末，置于马弗炉中空气下热处理2小时，移出冷却，得到催化剂；
步骤（1）中提到的悬浊液，其中金的当量浓度为0.0096g/L～0.048g/L，尿素的当量浓度为25g/L～100g/L
所用氧化物载体的比表面积为10m2/g～500m2/g。
本发明对金催化剂制备的传统湿化学法进行了改良，采用光-热结合的方式对金前驱体进行活化，生成室温下高效催化氧化一氧化碳的金催化剂，提高了金的利用效率。该方法工艺过程简单，操作方便，制备参数易于控制，重复性好，可以规模化合成。
与采用传统沉积-共沉淀法制备的金催化剂相比，采用本发明方法所制备的催化剂室温催化一氧化碳的性能具有显著优势。其中金负载量仅为1%的Au/Mn2O3催化剂在25℃下即可实现流速为20mL/min空气中1%浓度CO的完全氧化。
附图说明
图1为实施例1中Mn2O3负载的金催化剂室温催化氧化一氧化碳活性曲线，采用传统沉积-共沉淀法制备的Au/Mn2O3催化剂作为参比。
图2为实施例2中P25型氧化钛负载的金催化剂室温催化氧化一氧化碳活性曲线，采用传统沉积-共沉淀法制备的Au/P25催化剂的活性曲线作为参比。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1：
在室温下，取100mL蒸馏水置于200mL的烧杯中，将0.1mL金当量浓度为9.6g/L的氯金酸溶液分散于其中，磁力搅拌下加入2.5g尿素，等待尿素溶解后，加入2g的Mn2O3载体，然后置于80℃水浴锅中，磁力搅拌1小时之后，取出冷却至室温。将悬浊液过滤后用去离子水洗涤数次，所得固体再分散于100mL蒸馏水中。室温下磁力搅拌，并用紫外灯照射1h后，过滤，洗涤数次，并置于烘箱中80℃下烘干12h。最后将所得固体粉末置于马弗炉中300℃焙烧2h，得到催化剂Au/Mn2O3。
将50mg催化剂置于固定床反应器中，通入1%的CO和99%空气的混合气体，流量为20mL/min，压力0.1MPa，CO的转化率由色谱GC-2014分析。图1为Mn2O3负载的金催化剂催化一氧化碳氧化的活性曲线。从图中可以看出，对比采用传统方法制备的Au/Mn2O3催化剂，该催化剂在25℃即实现了一氧化碳的完全转化。
实施例2：
在室温下，取50mL蒸馏水置于100mL的烧杯中，将0.05mL金当量浓度为9.6g/L的氯金酸溶液分散于其中，磁力搅拌下加入2g尿素，等待尿素溶解后，加入1g氧化钛（P25，Degussa公司），然后置于80℃水浴锅中，磁力搅拌1小时之后，取出冷却至室温，将悬浊液过滤后用去离子水洗涤数次，所得固体再分散于100mL蒸馏水中，室温下磁力搅拌，并用紫外灯照射1h后，过滤，洗涤数次，并置于烘箱中80℃下烘干12h。最后将所得固体粉末置于马弗炉中300℃焙烧2h，得到催化剂Au/P25。
按照实例1中所述的催化剂活性评价方式进行测试。图1为氧化钛（P25）负载的金催化剂催化一氧化碳氧化的活性曲线。从图中可以看出，对比采用传统方法制备的Au/P25催化剂，该催化剂在室温区域下具备更优良的催化性能。
Claims (5)
1.负载型金催化剂，其特征在于：催化剂组分及其质量百分比为0.5%～5%的金和99.5%～95%的氧化物载体，氧化物载体为TiO2，Mn2O3，CeO2，Al2O3中的一种。
2.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于：所用氧化物载体的比表面积为10m2/g～500m2/g。
3.权利要求1所述催化剂的制备方法，其特征在于：采用氯金酸为金源，尿素为沉淀剂，金的负载采用光-热结合沉积沉淀法。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述光-热结合沉积沉淀法包括如下步骤：将氯金酸、尿素与氧化物载体混合的悬浊液经水浴反应1小时后，过滤得到固体粉末，将固体粉末分散于蒸馏水中磁力搅拌，置于紫外灯下进行室温光照，反应后过滤、洗涤并真空干燥12小时，取出固体粉末，置于马弗炉中空气下热处理2小时，移出冷却，得到催化剂。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述水浴反应的温度为70～90℃，优选80℃；所述真空干燥的温度为60～90℃，优选80℃；所述马弗炉中热处理的温度为200～400℃，优选300℃。
根据权利要求4所述的方法，其特征在于：氯金酸、尿素与氧化物载体混合的悬浊液中，金的当量浓度为0.0096g/L～0.048g/L，尿素的当量浓度为25g/L～100g/L。
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