[發明專利]一種Au/ZnO-Alq3催化劑及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 201810524816.2
• 申請日: 2018-05-28
• 公開（公告）號: CN108704666B
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發明（設計）人: 戴文新;劉春霞;付賢智;王心晨;陳旬;張子重
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: B01J31/26
• 分類號: B01J31/26;B01D53/86;B01D53/62
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊

本發明公開了一種Au/ZnO?Alq3催化劑及其制備方法與應用，其是將有機半導體材料Alq3加入到ZnO的前驅體中，制得Alq3改性后的ZnO載體，而后通過共沉淀法，將活性組分Au納米粒子分散在Alq3改性后的ZnO載體表面，制得高分散的負載型催化劑Au/ZnO?Alq3。本發明中Alq3的引入提高了所得催化劑可見光下催化氧化CO的活性，使該催化劑適用于空氣或其他場合下CO的常溫去除，其制備方法簡單易行，有利于推廣應用。

技術領域

本發明屬于可見光催化氧化CO技術領域，具體涉及一種Au/ZnO-Alq3催化劑及其制備方法與應用。

背景技術

CO是典型的易燃、易爆、有毒氣體，極易與血液中的血紅蛋白（Hb）結合。當空氣中含ppm級的CO時，就會引起人體中毒；當空氣中CO含量達到400ppm時會使人出現頭痛、疲倦、惡心等感覺；當含量達到600ppm時，人發生心悸亢進，并伴有虛脫癥狀；當含量大于1000ppm時，人便會出現昏睡、痙攣，嚴重時將窒息而死。在當前研究最多的氫燃料電池中，微量的CO就會使催化劑和電極等中毒，其中最典型的就是質子膜交換燃料電池（PEMFC）。在重整氣中0.5-1.0 vol% CO就會使PEMFC電極中毒，必須將燃料氣中的CO濃度降至100ppm以下。同樣，在工業生產中，微量CO的存在能引起一些合成反應的催化劑中毒，對工業生產極為不利，如合成氨工業原料氣中含有微量CO時就必須凈化脫除。因此，如何高效的去除CO已經成為當前的主要環境問題之一。

目前最常用的CO去除方法有物理方法和化學脫除法，其中物理方法包括深冷分離法、變壓吸附法、膜分離法、溶劑吸收法等；化學脫除法包括低溫水煤氣變換法、甲烷化法和催化氧化法等。但是由于CO的凈化設備要求具有溫度低、重量輕、體積小、操作方便、工藝簡單、連續工作等特點，故物理凈化方法不易采用；而低溫水煤氣變換反應法是將CO與水蒸汽反應轉化為CO₂并同時生成H₂，其非常適合CO的脫除體系，但是該反應在低溫條件下反應速率相對較慢，而且反應還受到熱力學平衡的限制，難以達到將CO降到ppm級的要求，所以只適合用于CO濃度較高時的去除；CO甲烷化是一項比較成熟的工藝，但是在反應過程中會消耗掉大量的氫氣（去除1摩爾CO要消耗3摩爾的H₂），體系內部還可能發生逆水煤氣變換反應。因此，研究低（常）溫（100 ℃）條件下的CO催化氧化，對消除CO的污染更具有實際意義。

當前，關于催化氧化CO研究最多的就是將活性組分貴金屬（Pd、Au、Ag、Rh和Pt等）負載到一定的載體上（Al₂O₃、SiO₂、TiO₂等），以制備對CO表現出一定催化氧化效果的催化劑。研究發現，對于Au/ZnO體系，當金納米顆粒高度分散在金屬氧化物載體表面時，不僅對CO的氧化具有極好的催化活性，而且具有良好的抗水性、穩定性和濕度增強效應；而ZnO因其具有合適的禁帶寬度、高的光電轉換效率、價廉等優勢而在光催化氧化CO中受到廣大研究者的鐘愛。Au/ZnO體系雖然對CO表現出較好的催化氧化活性，但是由于存在穩定性差、易失活、選擇性不是很高等缺點而受到限制。因此，如何在常溫條件下實現Au催化劑高效、低成本的催化氧化CO，迄今為止仍然是研究的熱點問題之一。

三（8-羥基喹啉）鋁（Alq3）經常用于多層薄膜發光設備，是一種很穩定的熒光固體材料。通過在Alq3分子中引入取代基或者是在Alq3晶型網絡中添加光學非活性間隔分子，可使其藍綠熒光發生藍移或者是紅移。另外，基于有機半導體Alq3具有芳環結構和2.5eV的能帶間隙（紫外可見光譜計算得到），其也被應用于光催化領域，如在可見光下催化降解亞甲基藍染料。本發明在金屬氧化物中引入有機小分子功能材料Alq3，其化學性質穩定，有良好的電子傳輸能力，有利于提高Au納米粒子表面的電子密度，從而可促進CO低溫催化氧化。

發明內容