CN111036201A - 一种负载型单原子Pt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负载型单原子Pt催化剂及其制备方法和应用，该催化剂包括载体和活性组分，所述载体为CeO2/Eu2O3复合载体，所述活性组分为贵金属Pt，所述贵金属Pt以原子级形式均匀分散在所述CeO2/Eu2O3复合载体上，通过以下方法制备得到：将Ce、Eu、Pt的前驱体经过一步水热反应，所得产物经过滤、洗涤、干燥、焙烧后在氢气中还原，得到负载型单原子Pt催化剂。本发明的制备方法成本低廉、步骤简单、重复性较好且易于大批量生产，制得的催化剂用于催化氧化甲苯为二氧化碳和水的反应中，表现出高活性、高稳定性、起燃温度低的特点。
Description
技术领域
本发明属于催化剂合成技术领域，具体涉及一种负载型单原子Pt催化剂及其制备方法和在低温催化氧化甲苯中的应用。
背景技术
挥发性有机化合物(volatile organic compounds，VOCs)是一类主要的大气污染物，对人体健康以及环境带来严重危害。甲苯作为一种典型的挥发性有机化合物被广泛应用于装饰材料、溶剂和油漆涂料等化学品制造行业。由于油漆、粘合剂、墙纸等室内装修材料和香水、洗涤剂等日常化学用品中含有甲苯，使得甲苯成为室内空气的主要污染物之一。研究发现，甲苯对皮肤、粘膜有刺激性，对中枢神经系统有麻醉作用，并会对水环境造成污染。因此，去除空气中的甲苯对人体健康和改善空气质量具有重要意义。
催化氧化法不但可以直接将甲苯催化氧化为无毒的CO2和H2O，能够很好的控制其反应的选择性同时还能在很大程度的降低完全燃烧的温度，其完全催化氧化温度一般要求在300～600℃，是去除甲苯最直接、最有效的方法。贵金属Pt催化剂因为具有金属氧化物催化剂所不可比拟的催化氧化活性，而受到各国科研工作者的广泛关注，但在减少贵金属用量、降低起燃温度、提高催化剂活性和稳定性等方面仍需要改进。
单原子是一类新型的催化剂，相比传统负载型催化剂，单原子催化剂实现了单个原子成为反应活性点位，催化剂的负载量大大降低，而催化效果也显著提高。然而单原子催化剂易迁移团聚，从而引发活性下降甚至失活。
铈氧化物特别是铈铕氧化物具有优越的储氧能力，能够有效地储存废物中的氧，这些活性氧可在较低的温度下参与甲苯的催化氧化。同时铈氧化物特别是铈铕氧化物具有特定的晶体结构，其表面具有丰富的氧空缺位。如果将CeO2-Eu2O3混合氧化物作为载体，可通过其表面的氧空缺位与活性金属组分相结合，稳定活性金属在载体上的分散，制备出高分散度的负载型单原子贵金属催化剂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种负载型单原子Pt催化剂及其制备方法和应用，本发明的制备方法成本低廉、步骤简单、重复性较好且易于大批量生产，制得的催化剂，活性组分Pt以原子级形式均匀分散在CeO2/Eu2O3复合载体上，用于催化氧化甲苯为二氧化碳和水的反应中，表现出高活性、高稳定性、起燃温度低的特点。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种负载型单原子Pt催化剂，包括载体和活性组分，所述载体为CeO2/Eu2O3复合载体，所述活性组分为贵金属Pt，所述贵金属Pt以原子级形式均匀分散在所述CeO2/Eu2O3复合载体上。
优选地，所述CeO2/Eu2O3复合载体中，Eu2O3含量为1～10wt％。
优选地，所述Pt的负载量为0.08～0.8wt％。
上述负载型单原子Pt催化剂的制备方法，包括以下步骤：将Ce、Eu、Pt的前驱体经过一步水热反应，所得产物经过滤、洗涤、干燥、焙烧后在氢气中还原，得到负载型单原子Pt催化剂。
优选地，所述负载型单原子Pt催化剂的制备方法，具体包括如下步骤：将沉淀剂溶液滴加到含铈盐、铕盐、铂盐的金属盐溶液中，搅拌均匀后，进行水热反应，所得产物经过滤、洗涤、干燥、焙烧后在氢气中还原，得到负载型单原子Pt催化剂。
优选地，所述铈盐、铕盐、铂盐分别为铈、铕、铂的可溶性盐。
优选地，所述铈盐、铕盐、铂盐的质量比为1：(0.01～0.1)：(0.001～0.01)。
优选地，所述含铈盐、铕盐、铂盐的混合溶液的浓度为10～50g/L。
优选地，所述沉淀剂为六次甲基四胺或尿素。
优选地，所述沉淀剂溶液的浓度为50～150g/L。
优选地，所述滴加速率为1～10mL/min。
优选地，所述搅拌速率为400～600rpm，搅拌时间为0.5～2.0h。
优选地，所述水热温度为80～100℃，水热时间为50～80h。
优选地，所述干燥温度为40～80℃，干燥时间为8～20h。
优选地，所述焙烧过程中，程序升温速率为1～10℃/min；焙烧温度为400～500℃；焙烧时间为1～10h。
优选地，所述还原过程中，氢气流速为10～50mL/min；程序升温速率为1～10℃/min；还原温度为100～300℃；还原时间为1～10h。
上述制备方法涉及溶液时所用的溶剂均为水。
本发明还提供一种催化氧化去除甲苯的方法，在负载型单原子Pt催化剂的作用下，催化氧化甲苯为二氧化碳和水。
优选地，所述催化氧化去除甲苯的方法，具体包括如下步骤：将待处理甲苯和空气的混合气体通入采用所述负载型单原子铂催化剂的固定床反应器，在常压，180℃～250℃，空速为10000～100000h-1条件下，将甲苯完全催化氧化为二氧化碳和水。
优选地，所述待处理甲苯气体的体积浓度为500～1000ppm。
本发明与现有技术相比具有以下优点和效果：
1、本发明的催化剂，以CeO2和Eu2O3作为复合载体，以Pt作为活性组分，CeO2和Eu2O3表面的氧空缺位与Pt相结合，稳定Pt在CeO2/Eu2O3上的分散，使得Pt呈单原子分散状态；同时CeO2/Eu2O3具有优越的储氧能力，能够有效地储存废物中的氧，并大量释放出活性氧，这些活性氧能够为活性组分Pt有效的传递活性氧原子或者电子，促进催化氧化反应有效的进行；单原子分散状态的Pt原子利用率高，其与CeO2/Eu2O3的协同作用，有效降低了贵金属Pt的使用量，提高催化剂在180～250℃的低温下完全催化氧化甲苯为无毒的二氧化碳和水的催化活性和稳定性。
2、本发明的制备方法，将Pt、Eu、Ce的前驱体经过一步水解反应后，再经过焙烧处理，使得Pt2+均匀分散在富含氧空缺位的CeO2/Eu2O3上，最后经过氢气还原，将均匀分散在CeO2/Eu2O3上的Pt2+还原成原子级尺寸的Pt，组成单原子结构的Pt催化剂。本发明的制备方法成本低廉、步骤简单、重复性较好且易于大批量生产。
附图说明
图1是本发明具体实施方式中实施例3制备的催化剂催化氧化甲苯活性。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步详细地说明。
本发明的一种负载型单原子Pt催化剂，包括载体和活性组分，所述载体为CeO2/Eu2O3复合载体，所述活性组分为贵金属Pt，所述贵金属Pt以原子级形式均匀分散在所述CeO2/Eu2O3复合载体上。
优选地，所述CeO2/Eu2O3复合载体中，Eu2O3的含量为1～10wt％，例如可以是1wt％、2wt％、3wt％、4wt％、5wt％、6wt％、7wt％、8wt％、9wt％、10wt％。
优选地，所述Pt的负载量为0.08～0.8wt％，例如可以是0.08wt％、0.1wt％、0.2wt％、0.3wt％、0.4wt％、0.5wt％、0.6wt％、0.7wt％、0.8wt％。
上述负载型单原子Pt催化剂的制备方法，包括以下步骤：将Ce、Eu、Pt的前驱体经过一步水热反应，所得产物经过滤、洗涤、干燥、焙烧后在氢气中还原，得到负载型单原子Pt催化剂。
将Pt、Eu、Ce的前驱体为原料，Eu、Ce的前驱体经沉淀生成金属氢氧化物沉淀，该沉淀在水热过程中结晶陈化，逐渐生成金属氢氧化物和金属氧化物复合沉淀，同时Pt2+均匀分散在所述复合沉淀上；所述复合沉淀经过过滤、洗涤、干燥后焙烧，在焙烧过程中，复合沉淀中的金属氢氧化物脱水氧化生成氧化物，生成的氧化物富含氧空缺位，利用所述氧化物的氧空缺位结构固定Pt2+，使Pt2+高度分散，在氢气气氛下程序升温还原过程中Pt颗粒不产生聚集，进而制备出单原子结构的Pt催化剂。
优选地，所述负载型单原子Pt催化剂的制备方法，具体包括如下步骤：将沉淀剂溶液滴加到含铈盐、铕盐、铂盐的金属盐溶液中，搅拌均匀后，进行水热反应，所得产物经过滤、洗涤、干燥、焙烧后在氢气中还原，得到负载型单原子Pt催化剂。
优选地，所述铈盐、铕盐、铂盐分别为铈、铕、铂的可溶性盐，例如可以是铈、铕、铂的硝酸盐、醋酸盐、氯化盐、硫酸盐中的任意一种或几种。
优选地，所述铈盐、铕盐、铂盐的质量比为1：(0.01～0.1)：(0.001～0.01)。
优选地，所述含铈盐、铕盐、铂盐的混合溶液的浓度为10～50g/L，例如可以是10g/L、20g/L、30g/L、40g/L、50g/L。
优选地，所述沉淀剂为六次甲基四胺或尿素。
优选地，所述沉淀剂溶液的浓度为50～150g/L，例如可以是50g/L、60g/L、70g/L、80g/L、90g/L、100g/L、110g/L、120g/L、130g/L、140g/L、150g/L。
本发明中制备富含氧空缺位的CeO2/Eu2O3复合载体的反应原料的用量并没有严格的限定，一般按照化学反应计量比进行反应，为保证金属盐溶液中Ce4+、Eu3+能够完全沉淀，一般使用过量的沉淀剂。
优选地，所述滴加速率为1～10mL/min，例如可以是1mL/min、2mL/min、3mL/min、4mL/min、5mL/min、6mL/min、7mL/min、8mL/min、9mL/min、10mL/min。
优选地，所述搅拌速率为400～600rpm，例如可以是400rpm、500rpm、600rpm，搅拌时间为0.5～2.0h，例如可以是0.5h、1h、2h。
优选地，所述水热温度为80～100℃，例如可以是80℃、90℃、100℃，水热时间为50～80h，例如可以是50h、60h、70h、80h。
优选地，所述干燥温度为40～80℃，例如可以是40℃、50℃、60℃、70℃、80℃，干燥时间为8～20h，例如可以是8h、10h、12h、14h、16h、18h、20h。
优选地，所述焙烧过程中，程序升温速率为1～10℃/min，例如可以是1℃/min、2℃/min、3℃/min、4℃/min、5℃/min、6℃/min、7℃/min、8℃/min、9℃/min、10℃/min；焙烧温度为400～500℃，例如可以是400℃、450℃、500℃；焙烧时间为1～10h，例如可以是1h、2h、3h、4h、5h、6h、7h、8h、9h、10h。
优选地，所述还原过程中，氢气流速为10～50mL/min，例如可以是10mL/min、20mL/min、30mL/min、40mL/min、50mL/min；程序升温速率为1～10℃/min，例如可以是1℃/min、2℃/min、3℃/min、4℃/min、5℃/min、6℃/min、7℃/min、8℃/min、9℃/min、10℃/min；还原温度为100～300℃，例如可以是100℃、150℃、200℃、250℃、300℃；还原时间为1～10h，例如可以是1h、2h、3h、4h、5h、6h、7h、8h、9h、10h。
上述制备方法涉及溶液时所用的溶剂均为水。
本发明还提供一种催化氧化去除甲苯的方法，在负载型单原子Pt催化剂的作用下，催化氧化甲苯为二氧化碳和水。
优选地，所述催化氧化去除甲苯的方法，具体包括如下步骤：将待处理甲苯和空气的混合气体通入采用所述负载型单原子铂催化剂的固定床反应器，在常压，180℃～250℃，空速为10000～100000h-1条件下，将甲苯完全催化氧化为二氧化碳和水。
优选地，所述待处理甲苯气体的体积浓度为500～1000ppm，例如可以是500ppm、600ppm、700ppm、800ppm、900ppm、1000ppm。
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。实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所使用的材料，如无特殊说明，均为常规生化试剂产商购买得到。
实施例1
室温下，将60mL 50g/L六次甲基四胺水溶液以1mL/min速率滴加到100mL10g/L含硝酸铈、硝酸铕、氯铂酸的金属盐水溶液中，所述金属盐水溶液中，硝酸铈、硝酸铕、氯铂酸的质量比为1：0.01：0.001，滴加过程中保持400rpm搅拌，滴加结束后，继续搅拌0.5h后，于80℃高反应釜中晶化50h，所得产物用去离子水抽滤洗涤、40℃干燥8h后，于马沸炉中，1℃/min升温至400℃，保持1h，降至室温后取出，再次置于马沸炉中，在10mL/min的氢气气氛下，1℃/min升温至100℃，保持1h，降至室温后取出，得到负载型单原子Pt催化剂。
实施例2
室温下，将60mL 150g/L六次甲基四胺水溶液以10mL/min速率滴加到100mL50g/L含硝酸铈、硝酸铕、氯铂酸的金属盐水溶液中，所述金属盐水溶液中，硝酸铈、硝酸铕、氯铂酸的质量比为1：0.1：0.01，滴加过程中保持600rpm搅拌，滴加结束后，继续搅拌2h后，于100℃高反应釜中晶化80h，所得产物用去离子水抽滤洗涤、80℃干燥20h后，于马沸炉中，10℃/min升温至500℃，保持10h，降至室温后取出，再次置于马沸炉中，在50mL/min的氢气气氛下，10℃/min升温至300℃，保持10h，降至室温后取出，得到负载型单原子Pt催化剂。
实施例3
室温下，将60mL 100g/L六次甲基四胺水溶液以5mL/min速率滴加到100mL41.2g/L含硝酸铈、硝酸铕、氯铂酸的金属盐水溶液中，所述金属盐水溶液中，硝酸铈、硝酸铕、氯铂酸的质量比为1：0.02：0.01，滴加过程中保持500rpm搅拌，滴加结束后，继续搅拌1h后，于90℃高反应釜中晶化72h，所得产物用去离子水抽滤洗涤、70℃干燥12h后，于马沸炉中，2℃/min升温至400℃，保持4h，降至室温后取出，再次置于马沸炉中，在20mL/min的氢气气氛下，2℃/min升温至300℃，保持2h，降至室温后取出，得到负载型单原子Pt催化剂。
实施例4
实施例3制备的催化剂均在同一套连续流动的固定床反应器中评价其甲苯的催化氧化性能。具体反应条件为：催化剂用量为0.25g，甲苯入口浓度为500ppm，其余为空气，常压，空速为30000h-1，反应温度从60℃以0.5℃/mi n升至250℃。采用气相色谱仪在线分析。测试结果见图1，当反应温度达到180℃时，甲苯转化率接近100％。
实施例5
其他条件同实施例4，所不同的是反应器温度恒定为180℃。将同一催化剂重复实验5次后，甲苯的转化率为95％。
从实施例可以看出，本发明的负载型单原子Pt催化剂，用于催化氧化甲苯的反应中，在表现出高活性、高稳定性、起燃温度低的特点。
上述实施例对本发明的技术方案进行了详细说明。显然，本发明并不局限于所描述的实施例。基于本发明中的实施例，熟悉本技术领域的人员还可据此做出多种变化，但任何与本发明等同或相类似的变化都属于本发明保护的范围。
Claims (10)
1.一种负载型单原子Pt催化剂，包括载体和活性组分，所述活性组分为贵金属Pt，其特征在于，所述载体为CeO2/Eu2O3复合载体，所述贵金属Pt以原子级形式均匀分散在所述CeO2/Eu2O3复合载体上。
2.根据权利要求1所述的负载型单原子Pt催化剂，其特征在于，所述CeO2/Eu2O3复合载体中，Eu2O3含量为1～10wt％；所述负载型单原子Pt催化剂中，Pt的负载量为0.08～0.8wt％。
3.根据权利要求1或2所述的负载型单原子Pt催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将Ce、Eu、Pt的前驱体经过一步水热反应，所得产物经过滤、洗涤、干燥、焙烧后在氢气中还原，得到负载型单原子Pt催化剂。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：将沉淀剂溶液滴加到含铈盐、铕盐、铂盐的金属盐溶液中，搅拌均匀后，进行水热反应，所得产物经过滤、洗涤、干燥、焙烧后在氢气中还原，得到负载型单原子Pt催化剂。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述铈盐、铕盐、铂盐分别为铈、铕、铂的可溶性盐；所述沉淀剂为六次甲基四胺或尿素；所述铈盐、铕盐、铂盐的质量比为1：(0.01～0.1)：(0.001～0.01)。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述含铈盐、铕盐、铂盐的混合溶液的浓度为10～50g/L；所述沉淀剂溶液的浓度为50～150g/L。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述滴加速率为1～10mL/min；所述搅拌速率为400～600rpm，搅拌时间为0.5～2.0h；所述水热温度为80～100℃，水热时间为50～80h；所述干燥温度为40～80℃，干燥时间为8～20h。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述焙烧过程中，程序升温速率为1～10℃/min，焙烧温度为400～500℃，焙烧时间为1～10h；所述还原过程中，氢气流速为10～50mL/min，程序升温速率为1～10℃/min，还原温度为100～300℃，还原时间为1～10h。
9.一种催化氧化去除甲苯的方法，其特征在于，在权利要求1-3任意一项所述的负载型单原子Pt催化剂的作用下，催化氧化甲苯为二氧化碳和水。
10.根据权利要求8所述的催化氧化去除甲苯的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：将500～1000ppm待处理甲苯通入采用所述负载型单原子铂催化剂的固定床反应器，在常压，空气为氧化剂，180℃～250℃，空速为10000～100000h-1条件下，将甲苯完全催化氧化为二氧化碳和水。
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112221528A (zh) * | 2020-11-05 | 2021-01-15 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所南昌研究院 | 一种单原子催化剂及其制备方法与应用 |
| CN112452339A (zh) * | 2020-10-26 | 2021-03-09 | 苏州大学 | 一种负载铂的花状铁铈复合材料及其制备方法与在低温热催化处理甲苯中的应用 |
| CN113289620A (zh) * | 2021-06-23 | 2021-08-24 | 北京单原子催化科技有限公司 | 一种单原子钌催化剂、制备方法及应用 |
| CN114678549A (zh) * | 2022-04-11 | 2022-06-28 | 天津大学 | 一种低贵金属含量的燃料电池催化剂、其制备方法及用途 |
| CN114899422A (zh) * | 2022-04-26 | 2022-08-12 | 湘潭大学 | 一种负载型双金属催化剂及其制备方法和应用 |
| CN115739194A (zh) * | 2022-11-30 | 2023-03-07 | 辽宁大学 | 一种负载单原子铂的MOFs衍生铬基催化剂催化燃烧溶剂油的方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108993499A (zh) * | 2018-07-19 | 2018-12-14 | 天津大学 | 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 |
| CN109647399A (zh) * | 2018-11-05 | 2019-04-19 | 天津大学 | 常温催化氧化芳香类VOCs的单原子催化剂的制备方法 |
| WO2019164797A1 (en) * | 2018-02-20 | 2019-08-29 | The Johns Hopkins University | Method for preparation of nanoceria supported atomic noble metal catalysts and the application of platinum single atom catalysts for direct methane conversion |
-
2019
- 2019-12-04 CN CN201911224814.2A patent/CN111036201A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019164797A1 (en) * | 2018-02-20 | 2019-08-29 | The Johns Hopkins University | Method for preparation of nanoceria supported atomic noble metal catalysts and the application of platinum single atom catalysts for direct methane conversion |
| CN108993499A (zh) * | 2018-07-19 | 2018-12-14 | 天津大学 | 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 |
| CN109647399A (zh) * | 2018-11-05 | 2019-04-19 | 天津大学 | 常温催化氧化芳香类VOCs的单原子催化剂的制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| BAOMING ZHAO ET AL.: "Revealing the unexpected promotion effect of EuOx on Pt/CeO2 catalysts for catalytic combustion of toluene", 《CHINESE JOURNAL OF CATALYSIS》 * |
| BOTAO QIAO ET AL.: "Single-atom catalysis of CO oxidation using Pt1/FeOx", 《NATURE CHEMISTRY》 * |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112452339A (zh) * | 2020-10-26 | 2021-03-09 | 苏州大学 | 一种负载铂的花状铁铈复合材料及其制备方法与在低温热催化处理甲苯中的应用 |
| WO2022089668A1 (zh) * | 2020-10-26 | 2022-05-05 | 苏州大学 | 一种负载铂的花状铁铈复合材料及其制备方法与在低温热催化处理甲苯中的应用 |
| CN112452339B (zh) * | 2020-10-26 | 2022-06-03 | 苏州大学 | 一种负载铂的花状铁铈复合材料及其制备方法与在低温热催化处理甲苯中的应用 |
| CN112221528A (zh) * | 2020-11-05 | 2021-01-15 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所南昌研究院 | 一种单原子催化剂及其制备方法与应用 |
| CN113289620A (zh) * | 2021-06-23 | 2021-08-24 | 北京单原子催化科技有限公司 | 一种单原子钌催化剂、制备方法及应用 |
| CN114678549A (zh) * | 2022-04-11 | 2022-06-28 | 天津大学 | 一种低贵金属含量的燃料电池催化剂、其制备方法及用途 |
| CN114899422A (zh) * | 2022-04-26 | 2022-08-12 | 湘潭大学 | 一种负载型双金属催化剂及其制备方法和应用 |
| CN114899422B (zh) * | 2022-04-26 | 2024-04-05 | 湘潭大学 | 一种负载型双金属催化剂及其制备方法和应用 |
| CN115739194A (zh) * | 2022-11-30 | 2023-03-07 | 辽宁大学 | 一种负载单原子铂的MOFs衍生铬基催化剂催化燃烧溶剂油的方法 |
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