[發(fā)明專利]一種單原子貴金屬催化劑及其制備方法和在低溫催化氧化甲醛中的應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810246685.6
• 申請(qǐng)日: 2018-03-23
• 公開（公告）號(hào): CN108514878B
• 公開（公告）日: 2020-11-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賈宏鵬;陳金;許文建
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院城市環(huán)境研究所
• 主分類號(hào): B01J23/656
• 分類號(hào): B01J23/656;B01J23/68;B01D53/86;B01D53/72
• 代理公司: 北京知元同創(chuàng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11535
• 代理人: 劉元霞;謝怡婷

本發(fā)明公開了一種單原子貴金屬催化劑及其制備方法和在低溫催化氧化甲醛中的應(yīng)用；所述單原子貴金屬催化劑包括載體和以單原子形式分散在其表面的貴金屬；該催化劑中貴金屬分散度可達(dá)到單原子分散水平，且和催化劑載體間具有強(qiáng)相互作用；催化劑的氧化還原性能、氧吸脫附性能、甲醛活化能力等方面的性質(zhì)得到明顯提升，相比于未負(fù)載貴金屬的二氧化錳材料貴金屬催化劑對(duì)于不同濃度的甲醛凈化性能明顯增強(qiáng)。所述制備方法具有制備過程快速，簡(jiǎn)單，節(jié)約成本，可實(shí)現(xiàn)貴金屬在載體表面的單原子分散；采用所述方法制備的單原子分散的貴金屬催化劑在提高貴金屬分散度降低貴金屬使用成本的同時(shí)保證催化劑對(duì)于氣態(tài)甲醛具有足夠高效的凈化能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及空氣凈化應(yīng)用材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種單原子貴金屬催化劑及其制備方法和在低溫催化氧化甲醛中的應(yīng)用。

背景技術(shù)

甲醛是一種常見的室內(nèi)空氣污染物，主要來源于室內(nèi)家具中的粘合材料的分解。甲醛具有較高的毒性，且高濃度的甲醛對(duì)人體的皮膚、眼睛和呼吸道粘膜具有刺激性作用，長(zhǎng)期接觸甲醛還會(huì)對(duì)人體尤其是嬰幼兒的免疫系統(tǒng)產(chǎn)生直接破壞，導(dǎo)致白血病的發(fā)生。因此，消除室內(nèi)空氣中的甲醛成為人們?cè)絹碓疥P(guān)注的問題。

目前室內(nèi)污染物凈化技術(shù)主要包括吸附法、光催化氧化法、臭氧氧化法、催化氧化法等。其中吸附法雖然操作簡(jiǎn)單、能耗低，但由于甲醛的沸點(diǎn)低、揮發(fā)性強(qiáng)，難以實(shí)現(xiàn)被完全吸附凈化，且還需要使用高比表面積的吸附材料，例如CN 104607151 A中公開了采用含有有效氮成分的活性炭吸附甲醛的方法，雖然該活性炭吸附甲醛的能力得到了提高，但吸附材料存在吸附飽和的問題依然存在。光催化氧化法需要額外引入紫外光源，而紫外光的引入易引發(fā)臭氧的生成，導(dǎo)致二次污染的發(fā)生。臭氧氧化法是利用強(qiáng)氧化性的臭氧在室溫條件下氧化甲醛，但臭氧本身也可對(duì)人體產(chǎn)生直接的危害，人體在濃度為0.1-1ppm的臭氧中眼睛可產(chǎn)生燒灼感，上呼吸道受刺激，因而該技術(shù)難以在家用實(shí)際條件下應(yīng)用。催化氧化法則是在催化劑的作用下使甲醛和空氣中的氧在較低的溫度下發(fā)生氧化反應(yīng)生成無(wú)毒無(wú)害的水和二氧化碳。

而催化氧化法的核心是催化劑的使用，目前已報(bào)道的催化劑包括貴金屬和非貴金屬氧化物兩大類。貴金屬具有良好的低溫催化甲醛氧化的活性，反應(yīng)甚至可以在室溫條件下進(jìn)行，然而，貴金屬是一種稀缺資源，大量使用貴金屬必然會(huì)導(dǎo)致催化劑成本提高。與之相反，非貴金屬氧化物在材料成本上遠(yuǎn)低于貴金屬催化劑，然而其反應(yīng)溫度較高，通常需要在100℃以上時(shí)其才能穩(wěn)定高效地運(yùn)行，因此在實(shí)際環(huán)境中難以直接被使用。綜合現(xiàn)有貴金屬和非貴金屬催化劑的優(yōu)缺點(diǎn)，在保證催化劑使用效能的同時(shí)降低貴金屬的使用量成為了解決現(xiàn)有問題的最優(yōu)解。眾所周知，貴金屬成分作為貴金屬催化劑活性的主要來源，其含量與催化活性直接相關(guān)，然而催化反應(yīng)往往是在催化劑的表面進(jìn)行，因此催化劑活性高低的根本原因在于催化劑表面催化活性中心的數(shù)量。可通過降低貴金屬催化劑的顆粒尺寸，提高貴金屬的分散度，從而在保證貴金屬活性位暴露總量不變的前提下降低貴金屬的使用量，其理想條件下是達(dá)到單原子分散時(shí)貴金屬的分散度最高。現(xiàn)階段，常規(guī)方法只能將貴金屬控制在納米尺度，受金屬表面能隨金屬尺寸減小而迅速增加的影響導(dǎo)致貴金屬的尺寸難以進(jìn)一步的降低。其解決之道在于增強(qiáng)貴金屬與載體間的相互作用來穩(wěn)定貴金屬單原子。例如，采用共沉淀法可將貴金屬單原子封裝在金屬氧化物晶格中，但深埋其中的貴金屬難以發(fā)揮催化作用，導(dǎo)致貴金屬材料浪費(fèi)。因此需要開發(fā)出一種新的合成手段使貴金屬以單原子的形式負(fù)載在載體表面。

發(fā)明內(nèi)容

為了改善現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供了一種單原子分散的貴金屬催化劑及其制備方法和用途，所述催化劑的制備方法簡(jiǎn)單，貴金屬以單原子形式在載體表面上呈現(xiàn)高度分散，不僅可以大大降低貴金屬的使用量，制備的催化劑對(duì)于高濃度和低濃度甲醛均表現(xiàn)出較好的催化活性。

本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種單原子分散的貴金屬催化劑的制備方法，所述方法包括如下步驟：

1)將二氧化錳載體和貴金屬前驅(qū)體混合，得到懸浮液；

2)將過氧化氫水溶液與步驟1)的懸浮液混合，反應(yīng)；