CN110252286A - 用于消除VOCs的铂负载硅藻土催化剂制备方法及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用于消除VOCs的铂负载硅藻土催化剂制备方法及其应用，该法通过硅藻土吸附铂离子，然后利用植物提取液原位还原制备负载于硅藻土上的铂纳米颗粒，所得材料在苯催化氧化反应中表现出很好的催化活性和稳定性。本发明提供的铂负载硅藻土催化剂制备方案绿色环保，工艺简单，制备周期短，苯催化氧化去除温度低，稳定性好，具有工业化应用前景。

Description

用于消除VOCs的铂负载硅藻土催化剂制备方法及应用
技术领域
本发明属于催化材料制备及应用领域，具体涉及用于消除VOCs的铂负载硅藻土催化剂制备方法及应用。
背景技术
挥发性有机物(英文名称volatile organic compounds，简称VOCs)，主要来源于化石燃料燃烧，石油加工，汽车尾气，涂料印染，制药等诸多工业生产领域。VOCs的直接排放会造成严重的环境污染问题，它不仅会降低人们赖以生存的环境质量，还会危害人类和动植物的健康。近些年来，PM2.5急剧上升和雾霾等极端恶劣天气频发，环境保护问题受到了大众的广泛关注。因而，对于发展高效的VOCs去除技术具有十分显著的意义。
常见的VOCs去除方法主要包括生物法、物理法和化学法，其中生物法主要是利用植物或者微生物的生长代谢过程来降解VOCs，该过程周期长且处理量小。而物理法主要包括吸附法和膜分离法，物理法能够实现VOCs的富集与回收，但是无法破坏VOCs的结构，会存在VOCs后处理问题。化学法则以催化氧化法为代表，该方法的优势在于最终氧化产物是水和二氧化碳，处理量大，并且所制得的催化剂可稳定多次使用。
催化氧化法的核心在于高效催化剂的制备，要兼顾到催化剂的制备成本和催化性能。负载型贵金属催化剂在VOCs催化去除反应中通常表现出优异的催化效果。其中，铂基催化剂往往表现更为突出，这是因为铂更有利于苯环和长链化合物中C-H键的活化。
硅藻土主要成分是SiO2，并且还具有丰富的孔结构、耐强酸强碱、以及高温稳定性。硅藻土广泛存在于自然环境中，产量大，价格低廉，是一种常见的吸附材料和催化剂载体。采用生物还原法制备纳米材料是近些年才发展起来的，该方法具有制备条件温和，获得的纳米颗粒均一，还原程度彻底等优点。此外，催化剂表面残留的微量有机基团能够有效的避免贵金属纳米颗粒的团聚，在一些催化反应中表现出优异的催化性能。利用硅藻土作为有效的催化剂载体，生物还原的铂纳米颗粒作为活性中心的铂负载硅藻土催化剂还未见报道。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供了用于消除VOCs的铂负载硅藻土催化剂制备方法及应用，解决了上述背景技术中VOCs残留、催化剂制备条件苛刻及催化效率低下等问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供了用于消除VOCs的铂负载硅藻土催化剂制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)芳樟提取液的制备：称取芳樟粉末，加入去离子水中，在室温条件下搅拌10～12h，搅拌结束后进行抽滤，获得淡黄色溶液即为芳樟提取液，所述芳樟提取液的浓度为8～12g/L；
(2)硅藻土氯铂酸混合溶液的制备：称取硅藻土加入去离子水中，然后加入浓度为0.0000386mol/mL的氯铂酸溶液，其中硅藻土、去离子水、氯铂酸溶液的用量为1～3g:25～35mL:260～2675μL；氯铂酸易溶于水，常规保存时配置溶液浓度为0.0000386mol/mL；
(3)铂纳米颗粒的生物还原：将步骤(1)芳樟提取液加入步骤(2)硅藻土氯铂酸混合溶液中，在70～90℃下原位还原反应0.5～2h，得到固体粉末即为负载于硅藻土的铂纳米颗粒；
(4)铂负载硅藻土催化剂的收集：将步骤(3)所得到的固体粉末离心洗涤若干次，干燥后得到铂负载硅藻土催化剂。
在本发明一较佳实施例中，所述铂负载硅藻土催化剂中铂的负载率为0.1～1％(质量分数)。
在本发明一较佳实施例中，所述步骤(1)芳樟提取液的浓度为10g/L。
在本发明一较佳实施例中，所述步骤(3)中在90℃下原位还原反应1h。
本发明还提供了上述制备方法在苯催化氧化消除VOCs中的应用。
在本发明一较佳实施例中，所述铂负载硅藻土催化剂用量为50mg，反应气为1000ppm苯、40.17％O2和平衡气N2，气体流速为50mL·min-1，空速为60000mL·h-1·g-1，温度区间为120-260℃。
本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：
在本发明中，采用芳樟提取液作为还原剂，硅藻土作为载体，制备出了Pt/硅藻土催化剂，并将其应用于苯催化氧化去除反应中。该催化剂在低温条件下(210℃)对苯表现出100％的去除效率，同时在200℃下进行50小时的连续测试，发现该催化剂仍然保持95％以上的去除率，说明其稳定性好。该技术方案条件温和，成本较低，操作简便，催化效果和稳定性都具有很好的优势，具有很好的工业应用前景。
附图说明
图1为不同负载量的铂负载硅藻土催化剂对苯的催化效果图。
图2为0.3％铂负载硅藻土催化剂在不同空速条件下对苯的催化效果图。
图3为0.3％铂负载硅藻土催化剂在200℃下的稳定性测试效果图。
具体实施方式
实施例1
本实施例用于消除VOCs的铂负载硅藻土催化剂制备方法，制备0.1％Pt/硅藻土催化剂，包括如下步骤：
(1)称取1g的芳樟粉末，加入100mL的去离子水，在室温条件下搅拌12h，搅拌结束后进行抽滤，所获得的淡黄色溶液即为植物提取液，浓度为10g/L。
(2)称取2g的硅藻土，加入30mL的去离子水，然后加入265μL的氯铂酸溶液(浓度为0.0000386mol/mL)。
(3)量取10mL的植物提取液加入到硅藻土和氯铂酸的混合溶液中，然后在90℃下反应1h。
(4)反应结束后，将所得到的固体粉末通过离心洗涤多次，后放入烘箱中干燥，最终的产物即为0.1％铂负载硅藻土催化剂，记作0.1％Pt-diatomite。
实施例2
实施例2与实施例1的区别在于：氯铂酸溶液的加入量为535μL，其余制备步骤于用量同实施例1，所得即为0.2％铂负载硅藻土催化剂，记作0.2％Pt-diatomite。
实施例3
实施例3与实施例1的区别在于：氯铂酸溶液的加入量为800μL，其余制备同实施例1，所得即为0.3％铂负载硅藻土催化剂，记作0.3％Pt-diatomite。
实施例4
实施例4与实施例1的区别在于：氯铂酸溶液的加入量为2675μL，其余制备同实施例1，所得即为1％铂负载硅藻土催化剂，记作1％Pt-diatomite。
一、苯催化氧化消除的铂负载硅藻土催化剂活性评价
用于苯催化氧化消除的铂负载硅藻土催化剂活性评价在固定床反应器中进行：催化剂的用量为50mg；反应气为1000ppm苯、40.17％O2和平衡气N2；气体流速为50mL·min-1；空速为60000mL·h-1·g-1；催化剂测试的温度区间为120-260℃。反应尾气的浓度通过气相色谱进行检测，催化剂活性数据具体如图1所示，其中0.3％Pt-diatomite催化剂的催化活性最好，在210℃下能够100％去除苯。
二、不同的空速条件下进行催化性能测试
将实施例3得到的催化剂在不同的空速条件下进行催化性能测试，从图2中可以看出其在20000mL·h-1·g-1条件下100％去除苯的温度为190℃，在高空速120000mL·h-1·g-1下100％去除苯对应的温度220℃，表明该催化剂在高空速条件下也表现出十分优异的催化效果。
三、催化剂的稳定性检验
实施例3所得到的催化剂的稳定性检验结果见图3，在50h的在线连续测试中，该催化剂表现出很好的稳定性，反应50h后仍然对苯保持95％以上的去除率。
以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。

Claims (6)

1.用于消除VOCs的铂负载硅藻土催化剂制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)芳樟提取液的制备：称取芳樟粉末，加入去离子水中，在室温条件下搅拌10～12h，搅拌结束后进行抽滤，获得淡黄色溶液即为芳樟提取液，所述芳樟提取液的浓度为8～12g/L；
(2)硅藻土氯铂酸混合溶液的制备：称取硅藻土加入去离子水中，然后加入氯铂酸溶液，其中硅藻土、去离子水、氯铂酸溶液的用量为1～3g:25～35mL:260～2675μL；
(3)铂纳米颗粒的生物还原：将步骤(1)芳樟提取液加入步骤(2)硅藻土氯铂酸混合溶液中，在70～90℃下原位还原反应0.5～2h，得到固体粉末即为负载于硅藻土的铂纳米颗粒；
(4)铂负载硅藻土催化剂的收集：将步骤(3)所得到的固体粉末离心洗涤若干次，干燥后得到铂负载硅藻土催化剂。
2.根据权利要求1所述的用于消除VOCs的铂负载硅藻土催化剂制备方法，其特征在于：所述铂负载硅藻土催化剂中铂的负载率为0.1～1％。
3.根据权利要求1所述的用于消除VOCs的铂负载硅藻土催化剂制备方法，其特征在于：所述步骤(1)芳樟提取液的浓度为10g/L。
4.根据权利要求1所述的用于消除VOCs的铂负载硅藻土催化剂制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中在90℃下原位还原反应1h。
5.根据权利要求1～4任一项所述的制备方法在苯催化氧化消除VOCs中的应用。
6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于：所述铂负载硅藻土催化剂用量为50mg，反应气为1000ppm苯、40.17％O2和平衡气N2，气体流速为50mL·min-1，空速为60000mL·h-1·g-1，温度区间为120-260℃。
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