[發明專利]一種粒徑可控的Pt/C/PTFE型疏水催化劑微球及其制備方法

有效

• 申請號: 201410103182.5
• 申請日: 2014-03-19
• 公開（公告）號: CN103846107A
• 公開（公告）日: 2014-06-11
• 發明（設計）人: 常振旗;宋子凡
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: B01J31/28
• 分類號: B01J31/28;B01J35/08
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 何梅生

技術領域

本發明涉及疏水催化劑的制備領域，具體地說涉及一種用于氫水液相催化交換反應的粒徑可控的Pt/C/PTFE型疏水催化劑微球及其制備方法。

背景技術

隨著核工業的發展，各種類型的反應堆、核燃料后處理廠等核設施每年會不斷產生大量的含氚廢水。按照國家相關政策和輻射防護規定，必須對這些含氚廢水進行處理，一方面回收珍貴的氚，達到資源再次利用的目的；另一方面，降低氚的輻射，防止天然水資源污染，保護工作人員和公眾的安全。從近幾十年國內外的研究狀況來看，在疏水催化劑的作用下，通過氫水液相催化交換（Liquid?phase?catalytic?exchange,LPCE）反應從水中分離氫同位素可用于含氚重水提氚升級、含氚廢水處理和重水生產等。而傳統非疏水催化劑與液態水接觸時，起催化作用的金屬粒子的催化活性急劇下降，甚至無法使用，不能用于LPCE反應；因此實現LPCE反應的關鍵是疏水催化劑的制備。

Pt/C/PTFE是重要的疏水催化劑類型之一，與Pt/SDB等直接負載活性金屬與疏水載體的催化劑類型相比，前者活性金屬的粒徑更小、分散度更高，構成疏水環境的PTFE具有更強的疏水性，有利于催化活性的提高。傳統制備Pt/C/PTFE型疏水催化劑的方法是將負載了Pt的碳載體與PTFE粉末混合，通過機械擠壓得到各種形狀的催化劑。這種方法需要PTFE的用量高，制備出的疏水催化劑比表面小，不利于反應物與活性金屬的接觸，降低了貴金屬Pt的利用率。同時催化劑的形狀難以控制，尺寸不夠均一，這導致在催化柱中的裝填不均勻，催化劑的裝填密度不易提高，使得催化反應的效率降低。

發明內容

為了解決上述問題，本發明的目的在于提供一種比表面大且粒徑可控的Pt/C/PTFE型疏水催化劑微球及其制備方法。

本發明解決技術問題，采用如下技術方案：

本發明粒徑可控的Pt/C/PTFE型疏水催化劑微球的制備方法，其特點在于：分別配制分散相溶液和連續相溶液，將分散相溶液通入毛細管，在所述毛細管的流出端口處，所述分散相溶液被所述連續相溶液剪切，形成尺寸均一的分散相溶液液滴，通過改變毛細管尺寸、分散相溶液的流量、連續相溶液的流量或連續相溶液的粘度，控制所述分散相溶液液滴的粒徑，對所述分散相溶液液滴進行固化、燒結即得所述粒徑可控的Pt/C/PTFE型疏水催化劑微球。

本發明的制備方法具體步驟如下：

a、凝固浴溶液的配制：將含硼化合物加入氨基醇溶液中，磁力攪拌并加熱使所述含硼化合物溶解，之后再加入醇溶液繼續磁力攪拌均勻，即得凝固浴溶液；所述凝固浴溶液中含硼化合物的濃度為0.005～0.030g·mL^-1；

b、分散相溶液的配制：在去離子水和聚四氟乙烯（PTFE）乳液中加入十二烷基硫酸鈉獲得混合液A，在所述混合液A中加入負載有鉑（Pt）的碳黑，并使用球磨機球磨使所述負載有鉑（Pt）的碳黑在所述混合液A中均勻分散，然后再加入聚乙烯醇（PVA）水溶液，獲得混合液B，通過超聲分散使負載有鉑（Pt）的碳黑在所述混合液B中均勻分散，即得分散相溶液；

c、連續相溶液的配制：將低極性化合物與醇按體積比100∶50～200混合并攪拌均勻，即得連續相溶液；

d、調整分散相溶液的流量及連續相溶液的流量和粘度：控制分散相溶液流量范圍為1～10μL·min^-1，連續相溶液的流量范圍為10～500μL·min^-1，連續相溶液的粘度范圍為500～2000mPa·s；

e、分散相溶液液滴的形成：將分散相溶液通入毛細管，在所述毛細管的流出端口處，所述分散相溶液被所述連續相溶液剪切，形成尺寸均一的分散相溶液液滴，通過改變毛細管尺寸、分散相溶液的流量、連續相溶液的流量或連續相溶液的粘度，調控所述分散相溶液液滴的直徑；

f、分散相溶液液滴的固化：收集步驟e所得的分散相溶液液滴于步驟a配制得凝固浴溶液中，固化反應后，分散相溶液液滴固化為粒徑可控的單分散微球；

g、單分散微球的燒結：將步驟f所制得的單分散微球洗滌、干燥后，放入高溫箱式爐中燒結，即得粒徑可控的Pt/C/PTFE型疏水催化劑微球。