CN110252337A - 一种Pt/CoO单原子催化剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明具体涉及一种Pt/CoO纳米片催化剂及其制备方法和应用，该催化剂是通过以下方法制备得到的：将CoO纳米片、铂前驱体、乙二醇和去离子水混合，水浴加热搅拌后进行光还原反应，然后洗涤、干燥，得到Pt/CoO纳米片催化剂。该方法简单环保，易于工业化，制得的催化剂，Pt在CoO纳米片表面呈现原子级分散，并且铂金属的含量低，可在室温下降解各种VOCs。
Description
技术领域
本发明属于催化剂技术领域，具体涉及一种Pt/CoO单原子催化剂及其制备方法和应用。
背景技术
VOCs(Volatile Organic Compounds，挥发性有机化合物)是石油化工、制药、印刷、喷漆等工业生产过程和机动车辆排放的常见的污染物之一。随着工业的发展，VOCs排放量与日俱增，其治理已成为当前国际环境的热点之一。VOCs大多具有致癌、致畸、致突变性，对环境具有潜在危害，严重危害人们的健康。
目前国内外去除VOCs的方法中，常温催化氧化法因其绿色、环保、节能的优点，受到人们的广泛关注，其是在常温下利用催化剂将VOCs分解为二氧化碳、水和部分无机盐，但目前所用的催化剂均为贵金属负载，使用量大且浪费贵金属资源。如何在不影响催化剂降解VOCs效率的前提下，降低贵金属负载量和提高原子利用率，成为研究热点。
发明内容
基于上述问题，本发明的目的在于提供一种Pt/CoO纳米片催化剂及其制备方法和应用。该方法简单环保，易于工业化，制得的催化剂，Pt在CoO纳米片表面呈现原子级分散，并且铂金属的含量低，可在室温下降解各种VOCs。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种Pt/CoO纳米片催化剂，Pt以单原子形式均匀分散在CoO纳米片表面。
优选地，Pt原子的质量为CoO纳米片的质量的0.1-0.5wt％。
优选地，CoO纳米片是通过将钴前驱体进行水热合成制备得到，水热合成法制得的CoO纳米片尺寸均一，可使单原子铂在CoO纳米片上实现高度分散。
优选地，CoO纳米片的制备方法，包括如下步骤：常温下将乙酰丙酮钴和乙二醇、去离子水混合，搅拌后进行水热反应，然后冷却至室温后，清洗，干燥，得到CoO纳米片。
优选地，CoO纳米片的制备方法中，乙酰丙酮钴和乙二醇的质量体积比(g/L)为4g/L，乙二醇和去离子水的体积比为5:1-9:1。
优选地，CoO纳米片的制备方法中，搅拌的速率为100-300r/min，搅拌的时间为1-2h。
优选地，CoO纳米片的制备方法中，水热反应的温度为180-240℃，水热反应的时间为12-48h。
优选地，CoO纳米片的制备方法中，清洗的具体操作步骤如下：将冷却后物料用极性溶剂进行离心洗涤，然后重复上述离心洗涤的步骤。
优选地，极性溶剂为丙酮和水的混合物，丙酮和水的体积比为5:1-9:1。
优选地，离心转速为3000-5000r/min，离心时间为3-5min，离心洗涤2-5次。
优选地，CoO纳米片的制备方法中，干燥的温度为50-80℃，干燥的时间为12-24h。
上述Pt/CoO纳米片催化剂的制备方法，包括如下步骤：
将CoO纳米片、铂前驱体、乙二醇和去离子水混合，水浴加热搅拌后进行光还原反应，然后洗涤、干燥，得到Pt/CoO纳米片催化剂。
将含CoO纳米片、铂前驱体、乙二醇的混合溶液进行水热反应后再进行光还原，可以使贵金属盐能够在载体上实现均匀分散。
优选地，铂前驱体中的铂的质量为CoO纳米片的质量的0.1-0.5wt％，CoO纳米片和乙二醇的质量体积比(g/L)为4g/L，乙二醇和去离子水的体积比为5:1-9:1。
优选的，铂前驱体为铂的氯化物和/或硝酸盐。
优选地，水浴加热的温度为40-60℃，水浴加热的时间为2-6h，搅拌速率为100-300r/min。
优选地，光还原反应的光源为氙灯，光还原反应的时间为2-4h。
优选地，洗涤的具体操作步骤如下：将反应后物料用极性溶剂进行洗涤，然后重复上述洗涤的步骤。
优选地，极性溶剂为水和乙醇的混合物，乙醇和水的体积比为1:5-1:9。
优选的，干燥的温度为50-80℃，干燥的时间为12-24h。
上述Pt/CoO纳米片催化剂的应用，可室温降解各种VOCs。
优选的，所述反应温度为20-30℃,相对湿度为20-50RH。
本发明的有益效果：
本发明的Pt/CoO纳米片催化剂，Pt以单原子形式均匀分散在CoO纳米片上，高分散的单原子具有高效的原子利用率，且与CoO纳米片的强相互作用，使得Pt/CoO纳米片催化剂能够在室温下高效降解VOCs，并且制备工艺简单环保，适于工业化生产。
具体实施方式：
下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
催化剂性能测试采用的是1.5立方标准VOCs试验舱，舱内温度为20-25℃，相对湿度为30-50RH，采用东莞环仪设备有限公司HY-JB-1发生器释放VOCs，采用美国华瑞PGM-7340型VOC检测仪监测舱内VOCs浓度，初始浓度为3-5mg/m3，24h后舱内VOCs浓度降低至0.20mg/m3以下，去除率高达90％以上。
实施例1：
常温下将2g乙酰丙酮钴溶于由400mL乙二醇和100mL去离子水组成的混合溶剂中得到混合溶液，300r/min下搅拌2h，然后置于高压反应釜中，180℃下反应24h，冷却至室温后，用由丙酮和去离子水按照体积比5：1组成的极性溶剂离心洗涤3次，将洗涤后的样品置于50℃烘箱干燥12h，制得CoO纳米片。
将氯铂酸和上述CoO纳米片一同加入由乙二醇和去离子水按照体积比5：1组成的混合溶剂中得到悬浮液，其中，氯铂酸中铂的质量为CoO纳米片的质量的0.1％，CoO纳米片和乙二醇的质量体积比(g/L)为4g/L；将悬浮液在40℃水浴锅中以300r/min的速度搅拌2h后，打开氙灯光源照射2h，然后用由乙醇和去离子水按照体积比1：5组成的极性溶剂洗涤3遍后，置于50℃烘箱干燥12h，制得Pt/CoO纳米片催化剂。
将实施例1制备的催化剂置于1.5立方标准VOCs试验舱中，舱内温度为20℃，相对湿度为30RH，VOCs初始浓度为3.16mg/m3，24h后舱内VOCs浓度为0.19mg/m3，去除率为94.0％。
实施例2：
常温下将2g乙酰丙酮钴溶于由400mL乙二醇和100mL去离子水组成的混合溶剂中得到混合溶液，300r/min下搅拌2h，然后置于高压反应釜中，240℃下反应24h，冷却至室温后，用由丙酮和去离子水按照体积比5：1组成的极性溶剂离心洗涤3次，将洗涤后的样品置于50℃烘箱干燥12h，制得CoO纳米片。
将氯铂酸和上述CoO纳米片一同加入由乙二醇和去离子水按照体积比5：1组成的混合溶剂中得到悬浮液，其中，氯铂酸中铂的质量为CoO纳米片的质量的0.1％，CoO纳米片和乙二醇的质量体积比(g/L)为4g/L；将悬浮液在40℃水浴锅中以300r/min的速度搅拌2h后，打开氙灯光源照射2h，然后用由乙醇和去离子水按照体积比1：5组成的极性溶剂洗涤3遍后，置于50℃烘箱干燥12h，制得Pt/CoO纳米片催化剂。
将实施例2制备的催化剂置于1.5立方标准VOCs试验舱中，舱内温度为20℃，相对湿度为30RH，VOCs初始浓度为3.37mg/m3，24h后舱内VOCs浓度为0.15mg/m3，去除率为95.5％。
实施例3：
常温下将2g乙酰丙酮钴溶于由400mL乙二醇和100mL去离子水组成的混合溶剂中得到混合溶液，300r/min下搅拌2h，然后置于高压反应釜中，240℃下反应24h，冷却至室温后，用由丙酮和去离子水按照体积比5：1组成的极性溶剂离心洗涤3次，将洗涤后的样品置于50℃烘箱干燥12h，制得CoO纳米片。
将氯铂酸和上述CoO纳米片一同加入由乙二醇和去离子水按照体积比5：1组成的混合溶剂中得到悬浮液，其中，氯铂酸中铂的质量为CoO纳米片的质量的0.5％，CoO纳米片和乙二醇的质量体积比(g/L)为4g/L；将悬浮液在40℃水浴锅中以300r/min的速度搅拌2h后，打开氙灯光源照射2h，然后用由乙醇和去离子水按照体积比1：5组成的极性溶剂洗涤3遍后，置于50℃烘箱干燥12h，制得Pt/CoO纳米片催化剂。
将实施例3制备的催化剂置于1.5立方标准VOCs试验舱中，舱内温度为20℃，相对湿度为30RH，VOCs初始浓度为4.89mg/m3，24h后舱内VOCs浓度为0.09mg/m3，去除率为98.1％。以上所述，仅为本发明较好的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及发明构思加以等同替换或者改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种Pt/CoO纳米片催化剂，其特征在于，Pt以单原子形式均匀分散在CoO纳米片表面。
2.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于，Pt原子的质量为CoO纳米片的质量的0.1-0.5wt％。
3.根据权利要求1或2所述的催化剂，其特征在于，CoO纳米片是通过将钴前驱体进行水热合成制备得到。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将CoO纳米片、铂前驱体、乙二醇和去离子水混合，水浴加热搅拌后进行光还原反应，然后洗涤、干燥，得到Pt/CoO纳米片催化剂。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，铂前驱体中的铂的质量为CoO纳米片的质量的0.1-0.5wt％，CoO纳米片和乙二醇的质量体积比(g/L)为4g/L，乙二醇和去离子水的体积比为5:1-9:1。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，铂前驱体为铂的氯化物和/或硝酸盐。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，水浴加热的温度为40-60℃，水浴加热的时间为2-6h。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，光还原反应的光源为氙灯，光还原反应的时间为2-4h。
9.根据权利要求1-3任意一项所述的催化剂在室温降解VOCs中的应用。
10.根据权利要求9所述的催化剂在室温降解VOCs中的应用，其特征在于，反应温度为20-30℃,相对湿度为20-50RH。
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2019
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