CN108993499B - 一种常温催化降解VOCs的负载单原子Pt的稀土金属氧化物催化剂的制备方法 - Google Patents

一种常温催化降解VOCs的负载单原子Pt的稀土金属氧化物催化剂的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明型公开了一种常温催化降解VOCs的稀土金属氧化物负载单原子Pt催化剂的制备方法，包括以下步骤：(1)将H2PtCl6·6H2O粉末溶解在蒸馏水中配成H2PtCl6溶液；(2)将粉末状稀土金属氧化物浸渍于H2PtCl6溶液中，进行超声处理，然后将浸渍有稀土金属氧化物的H2PtCl6溶液在一定温度下静置一段时间；(3)将静置后的溶液放于水浴锅中加热后进行抽滤得到的Pt负载的稀土金属氧化物，然后将其在烘箱中烘干并研磨成粉末，最后在马弗炉中焙烧即得到稀土金属氧化物单原子Pt催化剂。本发明方法，制备方法简单，制备出的催化剂能够极大地降低VOCs反应温度，使其在常温下可进行，同时具有催化活性高，催化寿命长，副产物少等优点。

Description

一种常温催化降解VOCs的负载单原子Pt的稀土金属氧化物催 化剂的制备方法
技术领域
本发明涉及一种催化剂的制备方法，特别是涉及一种用于常温催化降解挥发性有机污染物的催化剂的制备方法。
背景技术
含挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds，VOCs)的废气主要来自石油化工、钢铁制造、制药工业、印刷工业和喷漆工业等，由于排放量大、毒性高，是大气污染的主要污染物之一。根据世界卫生组织(WHO)的定义，挥发性有机化合物是指沸点介于50～260℃之间、室温下饱和蒸汽压超过133.32Pa，常温下以气体形式存在于空气中的一类有机化合物。VOCs的种类繁多，主要包含烃、醛、酮等易挥发的污染物。多种挥发性有机化合物具有神经毒性、肾脏和肝脏毒性，甚至具有致癌作用，能损害心血管系统，引起胃肠道紊乱，诱发免疫系统、内分泌系统及造血系统疾病，造成代谢紊乱，同时也是形成光化学烟雾和PM2.5的重要因素，可导致温室气体的产生和臭氧层的破坏。
目前处理含VOCs的废气有种方法，主要可分为非破坏性方法和破坏性方法两大类，非破坏性方法主要包括活性炭吸附法、冷凝法、溶液吸收法及膜分离；破坏性方法主要包括直接燃烧、催化燃烧、生物降解及光催化氧化法。目前，针对VOCs降解普遍使用的是蓄热式催化燃烧法，蓄热式催化燃烧法能取得较好的去除率，但往往需要高温(一般300℃以上)，能耗高，而且易产生副产物，因此催化燃烧反应温度的降低在催化降解VOCs中有很大的优势。
公开号为CN 105013508 A的专利公开了一种用于氯代挥发性有机物低温催化燃烧的催化剂及制备方法，其催化剂是以γ-Al2O3颗粒为载体，以NM-RMO-Co3O4为活性组分；其中，RMO-Co3O4占催化剂重量的5～15％，NM占催化剂重量的0.01％～0.2％，余量为γ-Al2O3颗粒；所述RMO为稀土金属氧化物CeO2、ZrO2、La2O3、Nd2O3、Y2O3中的一种或几种，NM为贵金属Pd、Pt、Ru、Rh中的一种或几种，其催化反应温度为200℃～250℃，公开号为CN106732576A的专利公开了一种催化氧化催化剂的制备方法，首先将氧化铝、铈锆粉、拟薄水铝石、酸、水、有机溶剂助剂混合在一起,然后将混合液进行球磨,得到涂敷浆液；其次将堇青石蜂窝陶瓷基体浸渍在涂敷浆液中，取出后吹去残液,干燥、焙烧，得到负载氧化铝涂层的堇青石蜂窝陶瓷载体；然后将得到的载体浸渍到含活性金属助剂的盐溶液中，所述活性金属助剂为Ce、Zr、La、Mn等中的一种或几种，取出后吹去残液,干燥、焙烧；最后浸渍贵金属活性组分Pt和/或Pd，浸渍好后取出吹去残液,干燥、焙烧。其催化反应温度至少为180。目前，催化降解VOCs的催化剂，起燃温度相对较高，催化降解成高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种常温催化降解VOCs的负载单原子Pt的稀土金属氧化物催化剂的制备方法，采用本方法制备的催化剂能够极大地降低VOCs反应温度，使其在常温下可进行，同时具有催化活性高，催化寿命长，副产物少等优点。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
本发明一种常温催化降解VOCs的负载单原子Pt的稀土金属氧化物催化剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将H2PtCl6·6H2O粉末溶解在蒸馏水中配成0.01-0.05mol/L的H2PtCl6溶液；
(2)将粉末状稀土金属氧化物浸渍于制备的H2PtCl6溶液中，超声处理1-5h，然后在10-50℃下将浸渍有稀土金属氧化物的H2PtCl6溶液静置16-24h，所述H2PtCl6溶液中Pt元素质量与稀土金属氧化物质量比为0.2-0.8％；
(3)将静置后的溶液放置于50-100℃的水浴锅中加热6-12h，然后将溶液进行抽滤，将得到的Pt负载的稀土金属氧化物在80-160℃的烘箱中烘4-8h，烘干后将固体研磨成粉末，然后将粉末在100-600℃的马弗炉中焙烧2-6h，得到稀土金属氧化物单原子Pt催化剂。
与已有技术相比较，本发明的有益效果为：
(1)本发明采用浸渍法制备单原子催化剂，制作工艺简单，适合大规模生产。
(2)本发明采用稀土金属氧化物作为载体，得到的负载单原子Pt的稀土金属氧化物催化剂更加稳定，使用寿命较长；在催化降解VOCs时无需经常更换催化剂，极大地降低了处理VOCs的成本。
(3)本发明中，反应无需加热、高压等苛刻反应条件，在常温下即可进行，不仅安全系数高，适用范围广，而且相对传统方法，经济成本大大降低。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的一种常温催化降解VOCs的负载单原子Pt的稀土金属氧化物催化剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将H2PtCl6·6H2O粉末溶解在蒸馏水中配成0.01-0.05mol/L的H2PtCl6溶液。
(2)将粉末状稀土金属氧化物浸渍于制备的H2PtCl6溶液中，超声处理1-5h，然后在10-50℃下将浸渍有稀土金属氧化物的H2PtCl6溶液静置16-24h，所述H2PtCl6溶液中Pt元素质量与稀土金属氧化物质量比为0.2-0.8％。
优选的，超声处理时间为2-4h，可以使Pt离子均匀分散在稀土金属氧化物上，时间过低造成分散不良，时间过高则耗时。
优选的，浸渍有稀土金属氧化物的H2PtCl6溶液中Pt元素质量与稀土金属氧化物的质量比为0.4％-0.6％；在此条件下易形成贵金属单原子催化剂且在稀土金属氧化物上分布较均匀。
所述稀土金属氧化物为CeO2、La2O3、Y2O3、Lu2O3或者Sc2O3中的一种，优选的，稀土金属氧化物为CeO2、La2O3或者Y2O3，其作为载体较稳定且有较大的表面积。
(3)将静置后的溶液放置于50-100℃的水浴锅中加热6-12h，然后将溶液进行抽滤，将得到的Pt负载的稀土金属氧化物在80-160℃的烘箱中烘4-8h，烘干后将固体研磨成粉末，在100-600℃的马弗炉中焙烧2-6h，得到稀土金属氧化物单原子Pt催化剂。
优选的，烘箱的温度为100-140℃，在此条件下，Pt负载的稀土金属氧化物可以得到充分的烘干。
优选的，马弗炉的温度为200-400℃，在此条件下，Pt可以得到充分的还原，并且Pt不易烧结团聚，易形成单原子。
实施例1
1)将H2PtCl6·6H2O粉末溶解在蒸馏水中配成0.01mol/L的H2PtCl6溶液。
2)将粉末状CeO2浸渍于H2PtCl6溶液中，进行超声处理1h，然后在10℃下将浸渍有CeO2的H2PtCl6溶液静置16h，浸渍有CeO2的H2PtCl6溶液中Pt元素质量与CeO2的质量比为0.2％。
3)将静置后的溶液放置于50℃的水浴锅中加热6h，然后将溶液进行抽滤，将得到的Pt负载的CeO2在80℃的烘箱中烘4h，烘干后将固体研磨成粉末，将粉末在100℃的马弗炉中焙烧2h，即得到单原子Pt/CeO2催化剂。
实施例2
1)将H2PtCl6·6H2O粉末溶解在蒸馏水中配成0.02mol/L的H2PtCl6溶液。
2)将粉末状La2O3(如果是块状，将其研磨成粉末状)浸渍于H2PtCl6溶液中，进行超声处理2h，然后在20℃下将浸渍有La2O3的H2PtCl6溶液静置18h，浸渍有La2O3的H2PtCl6溶液中Pt元素质量与La2O3的质量比为0.4％。
3)将静置后的溶液放置于60℃的水浴锅中加热8h，然后将溶液进行抽滤，将得到的Pt/La2O3在100℃的烘箱中烘5h，烘干后将固体研磨成粉末，在200℃的马弗炉中焙烧3h，即得到单原子Pt/La2O3催化剂。
实施例3
1)将H2PtCl6·6H2O粉末溶解在蒸馏水中配成0.04mol/L的H2PtCl6溶液。
2)将粉末状Y2O3浸渍于H2PtCl6溶液中，进行超声处理4h，然后在30℃下将浸渍有Y2O3的H2PtCl6溶液静置20h，浸渍有Y2O的H2PtCl6溶液中Pt元素质量与Y2O3的质量比为0.6％。
3)将静置后的溶液放置于80℃的水浴锅中加热10h，然后将溶液进行抽滤，将得到的Pt负载的Y2O在140℃的烘箱中烘6h，烘干后将固体研磨成粉末，在400℃的马弗炉中焙烧5h，即得到单原子Pt/Y2O3催化剂。
实施例4
1)将H2PtCl6·6H2O粉末溶解在蒸馏水中配成0.05mol/L的H2PtCl6溶液。
2)将粉末状Lu2O3浸渍于H2PtCl6溶液中，进行超声处理5h，然后在50℃下将浸渍有Lu2O3的H2PtCl6溶液静置24h，浸渍有Lu2O3的H2PtCl6溶液中Pt元素质量与稀土金属氧化物质量比为0.8％。
3)将静置后的溶液放置于100℃的水浴锅中加热12h，然后将溶液进行抽滤，将得到的Pt负载的Lu2O3在160℃的烘箱中烘8h，烘干后将固体研磨成粉末，在600℃的马弗炉中焙烧6h，即得到单原子Pt/Lu2O3催化剂。
对挥发性有机物常温催化氧化的活性测试：
将本实例1～4中催化剂装于固定床反应装置中，以甲苯作为催化氧化反应的评价污染物，进行有VOCs废气的催化氧化评价。催化剂放入内径为10mm的石英管进行测试，催化反应装置长度40mm，挥发性有机物浓度1000ppm，空速25000h-1，反应温度25℃，在氧气的条件下进行催化氧化反应。结果见表1。
表1常温催化氧化降解甲苯的反应性能
Figure BDA0001736542670000061
通过对以上四种稀土金属氧化物负载单原子Pt催化剂催化性能的测定，可以得出，稀土金属氧化物负载单原子Pt催化剂在常温条件下对甲苯有很好的降解效果，同时，该方法制备的催化剂的使用寿命可长达2年，具有很好的工业应用前景。

Claims (3)

1.一种常温催化降解VOCs的负载单原子Pt的稀土金属氧化物催化剂的制备方法，所述的VOCs为甲苯，其特征在于包括以下步骤：
(1)将H2PtCl6·6H2O粉末溶解在蒸馏水中配成0.01-0.05mol/L的H2PtCl6溶液；
(2)将粉末状稀土金属氧化物浸渍于制备的H2PtCl6溶液中，超声处理1-5h，然后在10-50℃下将浸渍有稀土金属氧化物的H2PtCl6溶液静置16-24h，浸渍有稀土金属氧化物的H2PtCl6溶液中Pt元素质量与稀土金属氧化物质量比为0.4％-0.6％；所述稀土金属氧化物为CeO2、La2O3、Y2O3、Lu2O3或者Sc2O3中的一种；
(3)将静置后的溶液放置于50-100℃的水浴锅中加热6-12h，然后将溶液进行抽滤，将得到的Pt负载的稀土金属氧化物在80-160℃的烘箱中烘4-8h，烘干后将固体研磨成粉末，然后将粉末在200-400℃的马弗炉中焙烧2-6h，得到稀土金属氧化物单原子Pt催化剂。
2.根据权利要求1所述的常温催化降解VOCs的负载单原子Pt的稀土金属氧化物催化剂的制备方法，其特征在于：所述的步骤(2)中超声处理时间为2-4h。
3.根据权利要求2所述的常温催化降解VOCs的负载单原子Pt的稀土金属氧化物催化剂的制备方法，其特征在于：所述的步骤(3)中烘箱的温度为100-140℃。
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