CN104624185A - 一种沉淀转化制备炭载铂催化剂的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种沉淀转化制备炭载铂催化剂的方法，其特征在于，其步骤如下：（1）炭黑的制备；（2）炭、铂混合剂的制备；（3）铂的沉淀；（4）还原铂的沉淀物；（5）烘干。本发明的有益效果为：整个制备过程中只用到了超声波发生机和真空干燥剂，无需使用复杂的那一操作的机器，制备方法简单，操作方便，制得的铂炭催化剂经过还原剂的还原，性能稳定使用效果佳，整个过程中所用到的添加剂价格低，制备成本低。
Description
技术领域
本发明涉及催化剂制备技术领域，具体涉及一种沉淀转化制备炭载铂催化剂的方法。
背景技术
铂族金属催化剂具有良好的催化性能，在石油化工和有机合成中占有极其重要的地位，广泛用于加氢、脱氢、氧化、还原、异构化、芳构化、裂化等反应。催化剂的催化性能，除取决于催化剂的组成和含量之外，还与催化剂的制备方法和工艺条件等密切相关，同一种原料，相同的组成和含量，制备方法不同，催化剂的活性和热稳定性可能很大的差异。因此，研究高选择性铂炭催化剂的制备方法具有极为重要的意义，用传统方法制备铂催化剂，难以制备高选择性高活性长寿命的铂炭催化剂，用真空浸渍法制备铂炭催化剂，方法复杂，制备成本高。
发明内容
就以上现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种沉淀转化制备炭载铂催化剂的方法，制备成本低。
本发明的一种炭载铂催化剂的制备方法，具体按照以下步骤实施：
具体步骤如下：
步骤1：选取规格为N220的炭黑，将炭黑放在太阳下爆嗮3-4h进行干燥处理，之后进行研磨，再用炭黑质量3-5倍的0.5mol/L的硝酸在25-35℃的条件下对炭黑处理3-4h处理后过滤，然后加入硝酸体积2-5倍的去离子水，在60-70 圈/每秒的搅拌速度下调节pH值为1-5，再浸泡4-12h，过滤、在真空干燥箱中干燥。
步骤2：将步骤1中预处理后的炭黑加入到炭黑质量8-10倍的甲酸溶剂中，在60-70圈/秒的搅拌速度下搅拌20-30min，再加入六羟基铂酸钠，六羟基铂酸钠与炭的投料质量比为1：4-1：5，进行超声分散1-1.5h，得到分散液a。
步骤3：向分散液a中加入分散液a体积的0.1-0.15倍沉淀剂，在60-70圈/秒的搅拌速度下搅拌5-10min，然后在50-55℃的水浴内沉淀反应3-3.5h，羟基铂酸钠被沉淀为羟基铂酸，得到均匀粘附在炭黑上的羟基铂酸的分散液b。
步骤4：向羟基铂酸的分散液b中加入六羟基铂酸钠质量2-3倍的还原剂，在60-70圈/秒的搅拌速度下搅拌并加热升温至80-85℃还原2-3h后降至室温后过滤，过滤后用清水冲洗5-8次，再次过滤后将得到固体物质在20-25℃的真空干燥箱中干燥4-4.5h，烘干后得到炭载铂催化剂。
其中，沉淀剂为氯化铝、聚合硫酸铁和非离子聚丙烯酰胺的其中一种；还原剂为甲酸钠、硫酸亚铁、亚硫酸钠的其中一种。
本发明的有益效果为：现将六羟基铂酸钠反应成羟基铂酸，以炭黑作为载体沉淀，沉淀后对其进行还原处理，将其还原成成铂的晶粒，先将羟基铂酸以炭黑作为载体沉淀，可以使羟基铂酸牢固的贴服在炭黑上，将羟基铂酸还原成铂晶体之后，铂晶体贴服在炭黑的表面更牢固晶粒粒度非常小，制备本发明所使用的原料六羟基铂酸钠是一种极易被还原的物质，将六羟基铂酸钠还原的方法简单，变量容易控制，操作简单，加工本发明的催化剂的成本低。
附图说明
图1为本发明的实施例一提出的一种沉淀转化制备炭载铂催化剂的方法的XPS谱图；
图2为本发明的实施例二提出的一种沉淀转化制备炭载铂催化剂的方法的XPS谱图；
图3为本发明的实施例三提出的一种沉淀转化制备炭载铂催化剂的方法的XPS谱图；
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明
实施例一：
步骤1：选取规格为N220的炭黑，将炭黑放在太阳下爆嗮3h进行干燥处理，之后进行研磨，再用炭黑质量3倍的0.5mol/L的硝酸在25℃的条件下对炭黑处理3h处理后过滤，然后加入硝酸体积2倍的去离子水，在60圈/每秒的搅拌速度下调节pH值为1，再浸泡4h，过滤、在真空干燥箱中干燥。
步骤2：将步骤1中预处理后的炭黑加入到炭黑质量8倍的甲酸溶剂中，在60圈/秒的搅拌速度下搅拌20min，再加入六羟基铂酸钠，六羟基铂酸钠与炭的投料质量比为1：4，进行超声分散1h，得到分散液a。
步骤3：向分散液a中加入分散液a体积的0.1倍氯化铝作为沉淀剂，在60圈/秒的搅拌速度下搅拌5min，然后在50℃的水浴内沉淀反应3h，羟基铂酸钠被沉淀为羟基铂酸，得到均匀粘附在炭黑上的羟基铂酸的分散液b。
步骤4：向羟基铂酸的分散液b中加入六羟基铂酸钠质量2倍的甲酸钠作为还原剂，在60圈/秒的搅拌速度下搅拌并加热升温至80℃还原2h后降至室温后过滤，过滤后用清水冲洗5次，再次过滤后将得到固体物质在20℃的真空干燥箱中干燥4h，烘干后得到炭载铂催化剂。
由本发明的方法制得的铂炭催化剂XPS谱图如图1所述。
在碳载铂催化剂的XRD谱图中,铂的衍射峰明显宽化,表明铂晶粒的粒度非 常细小,通过Scherrer方程(D＝Kλ/βcosθ)可计算出催化剂中铂颗粒的平均粒径。计算结果表明铂颗粒的平均粒度约为2.9nm,比表面积约为96m2/g。
实施例二：
步骤1：选取规格为N220的炭黑，将炭黑放在太阳下爆嗮4h进行干燥处理，之后进行研磨，再用炭黑质量5倍的0.5mol/L的硝酸在35℃的条件下对炭黑处理4h处理后过滤，然后加入硝酸体积5倍的去离子水，在70圈/每秒的搅拌速度下调节pH值为5，再浸泡12h，过滤、在真空干燥箱中干燥。
步骤2：将步骤1中预处理后的炭黑加入到炭黑质量10倍的甲酸溶剂中，在70圈/秒的搅拌速度下搅拌30min，再加入六羟基铂酸钠，六羟基铂酸钠与炭的投料质量比为1：5，进行超声分散1.5h，得到分散液a。
步骤3：向分散液a中加入分散液a体积的0.15倍聚合硫酸铁作为沉淀剂，在70圈/秒的搅拌速度下搅拌10min，然后在55℃的水浴内沉淀反应3.5h，羟基铂酸钠被沉淀为羟基铂酸，得到均匀粘附在炭黑上的羟基铂酸的分散液b。
步骤4：向羟基铂酸的分散液b中加入六羟基铂酸钠质量3倍的硫酸亚铁作为还原剂，在70圈/秒的搅拌速度下搅拌并加热升温至85℃还原3h后降至室温后过滤，过滤后用清水冲洗8次，再次过滤后将得到固体物质在25℃的真空干燥箱中干燥4.5h，烘干后得到炭载铂催化剂。
由本发明的方法制得的铂炭催化剂XPS谱图如图2所示。
在碳载铂催化剂的XRD谱图中,铂的衍射峰明显宽化,表明铂晶粒的粒度非常细小,通过Scherrer方程(D＝Kλ/βcosθ)可计算出催化剂中铂颗粒的平均粒径。计算结果表明铂颗粒的平均粒度约为2.9nm,比表面积约为96m2/g。
实施例三：
步骤1：选取规格为N220的炭黑，将炭黑放在太阳下爆嗮3.5h进行干燥处 理，之后进行研磨，再用炭黑质量4倍的0.5mol/L的硝酸在30℃的条件下对炭黑处理3.5h处理后过滤，然后加入硝酸体积3倍的去离子水，在65圈/每秒的搅拌速度下调节pH值为3，再浸泡8h，过滤、在真空干燥箱中干燥。
步骤2：将步骤1中预处理后的炭黑加入到炭黑质量9倍的甲酸溶剂中，在65圈/秒的搅拌速度下搅拌25min，再加入六羟基铂酸钠，六羟基铂酸钠与炭的投料质量比为1：4.5，进行超声分散1.3h，得到分散液a。
步骤3：向分散液a中加入分散液a体积的0.13倍的非离子聚丙烯酰胺作为沉淀剂，在65圈/秒的搅拌速度下搅拌8min，然后在53℃的水浴内沉淀反应3.3h，羟基铂酸钠被沉淀为羟基铂酸，得到均匀粘附在炭黑上的羟基铂酸的分散液b。
步骤4：向羟基铂酸的分散液b中加入六羟基铂酸钠质量2.5倍的亚硫酸钠作为还原剂，在65圈/秒的搅拌速度下搅拌并加热升温至83℃还原2.5h后降至室温后过滤，过滤后用清水冲洗6次，再次过滤后将得到固体物质在23℃的真空干燥箱中干燥4.3h，烘干后得到炭载铂催化剂。
由本发明的方法制得的铂炭催化剂XPS谱图如图3所示。
在碳载铂催化剂的XRD谱图中,铂的衍射峰明显宽化,表明铂晶粒的粒度非常细小,通过Scherrer方程(D＝Kλ/βcosθ)可计算出催化剂中铂颗粒的平均粒径。计算结果表明铂颗粒的平均粒度约为2.9nm,比表面积约为96m2/g。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (6)
1.一种沉淀转化制备炭载铂催化剂的方法，其特征在于，其步骤如下：
步骤1：选取规格为N220的炭黑，将炭黑放在太阳下爆嗮3-4h进行干燥处理，之后进行研磨，再用炭黑质量3-5倍的0.5mol/L的硝酸在25-35℃的条件下对炭黑处理3-4h处理后过滤，然后加入硝酸体积2-5倍的去离子水，在60-70圈/每秒的搅拌速度下调节pH值为1-5，再浸泡4-12h，过滤、在真空干燥箱中干燥。
2. 步骤2：将步骤1中预处理后的炭黑加入到炭黑质量8-10倍的甲酸溶剂中，在60-70圈/秒的搅拌速度下搅拌20-30min，再加入六羟基铂酸钠，六羟基铂酸钠与炭的投料质量比为1：4-1：5，进行超声分散1-1.5h，得到分散液a。
3. 步骤3：向分散液a中加入分散液a体积的0.1-0.15倍沉淀剂，在60-70圈/秒的搅拌速度下搅拌5-10min，然后在50-55℃的水浴内沉淀反应3-3.5h，羟基铂酸钠被沉淀为羟基铂酸，得到均匀粘附在炭黑上的羟基铂酸的分散液b。
4. 步骤4：向羟基铂酸的分散液b中加入六羟基铂酸钠质量2-3倍的还原剂，在60-70圈/秒的搅拌速度下搅拌并加热升温至80-85℃还原2-3h后降至室温后过滤，过滤后用清水冲洗5-8次，再次过滤后将得到固体物质在20-25℃的真空干燥箱中干燥4-4.5h，烘干后得到炭载铂催化剂。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中的沉淀剂为氯化铝、聚合硫酸铁和非离子聚丙烯酰胺的其中一种。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（4）中的还原剂为甲酸钠、硫酸亚铁、亚硫酸钠的其中一种。
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