[發(fā)明專利]一種低負載量金催化劑及其制備方法與其在催化氧化甲苯中的應(yīng)用

在審

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• 申請日: 2018-07-10
• 公開（公告）號: CN108906039A
• 公開（公告）日: 2018-11-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 嚴新煥;李思漢
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: B01J23/52
• 分類號: B01J23/52;B01D53/86;B01D53/72
• 代理公司: 杭州天正專利事務(wù)所有限公司 33201
• 代理人: 黃美娟;王兵

本發(fā)明一種低負載量金和金鉑核殼結(jié)構(gòu)催化劑制備方法及其在催化氧化甲苯中的應(yīng)用。本發(fā)明的催化劑制備利用了金鉑兩種金屬間的協(xié)同作用，使用有機溶劑作為表面活性劑使納米金屬粒子良好分散。所述催化劑Au@Pt/Al₂O₃以貴金屬Au為第一活性組分，以Pt為第二活性組分，以比表面高、熱穩(wěn)定性好的Al₂O₃為載體，總金屬的負載量0.12wt％。該催化劑的合成方法簡便，成本較低，操作條件溫和，體現(xiàn)了綠色化學(xué)的宗旨。與現(xiàn)有技術(shù)中的其他貴金屬催化劑相比，該催化劑設(shè)計了核殼型結(jié)構(gòu)，實驗證明具有明顯的優(yōu)勢，在210℃就可以將1000ppm甲苯完全氧化成二氧化碳和水，并且沒有其他產(chǎn)物生成，表現(xiàn)出良好的低溫催化活性，具有較高的實用價值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于催化劑技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種低負載量金催化劑，特別是Au/Al₂O₃和Au@Pt/Al₂O₃型核殼催化劑及其制備方法與其在催化氧化甲苯中的應(yīng)用。

背景技術(shù)

揮發(fā)性有機物(volatile organic compounds)VOCs是指常溫下飽和蒸汽壓大于133.32Pa、常壓下沸點在50—260℃以下的有機化合物，或在常溫常壓下任何能揮發(fā)的有機固體或液體。VOCs主要來源于工業(yè)生產(chǎn)和社會生活中，比如來自石油化工，汽車尾氣，油漆涂料，紡織生產(chǎn)，醫(yī)藥農(nóng)藥，燃料燃燒等等。這些排放物中均含有甲苯，因此甲苯成為了室內(nèi)和室外污染的主要物資之一。由報道知甲苯對健康有很大的危害，短期接觸甲苯會對皮膚黏膜有刺激作用，對中樞神經(jīng)有麻痹作用；長時間處在甲苯環(huán)境下可使人神經(jīng)衰弱。因此，尋求一種有效且可操作性強的方法消除空氣中的甲苯具有重要意義。

目前，對于VOCs的處理有以下辦法：吸收法、吸附法、冷凝法、膜分離法、光催化氧化法、生物降解法、脈沖電暈法、催化氧化法等等。對于一些濃度較高且組分單一的VOCS適宜采用冷凝，液體吸收和活性炭吸附等方法,使有機化合物得到有效的回收利用。然而對于大多數(shù)業(yè)實際排放VOC來說,其濃度往往較低,成份也較為復(fù)雜,回收利用價值不大，因此采用破壞技術(shù)是較為可行的方法，相比較于生物降解法，光催化和熱焚燒技術(shù),催化燃燒技術(shù)更為高效節(jié)能和環(huán)境友好,它是借助催化劑使有機物廢氣在較低的起燃溫度下進行無焰燃燒,分解成二氧化碳和水蒸氣,并放出大量熱量實現(xiàn)反應(yīng)的自供熱。催化氧化法具有適用范圍廣，消除效率高、能源節(jié)省，且無二次污染等優(yōu)點，被公認為消除VOCs的最佳手段。

目前催化氧化VOCs的主要有三種：一是貴金屬催化劑，以Au、Pt、Pd、Ru等貴金屬為代表；二是過渡金屬氧化物催化劑，常見的有V₂O₅、MnO_x、Co₃O₄、CeO、CuO、Fe₂O₃等：三是復(fù)合氧化物催化劑，主要是鈣鈦礦型復(fù)合氧化物和尖晶石性復(fù)合氧化物。復(fù)合氧化物催化劑之間由于其存在結(jié)構(gòu)和電子調(diào)變的相互作用，其催化活性比相應(yīng)的單一氧化物要高，但是可能有的略低于貴金屬。三種催化劑各有優(yōu)缺點，貴金屬催化劑催化活性高、熱穩(wěn)定性強、反應(yīng)溫度低、選擇性好等優(yōu)點，但是由于其資源不是很豐富、價格比較昂貴，同時在處理含硫和含氯的VOcs會使催化劑中毒失活。過渡金屬氧化物催化劑作為貴金屬催化劑的代替品，雖然價格相對低廉，資源比較豐富，但是其相比貴金屬的催化活性還是差的。

Au基催化劑曾在過去的一段時間里一直被認為是催化惰性的貴金屬，沒有過多的被人研究。但是最近幾年發(fā)現(xiàn)Au也具有極大地活性，也逐漸引起了人們的關(guān)注。負載型貴金屬催化劑具有催化活性高、起燃溫度低、熱穩(wěn)定性好、普適性強等優(yōu)點，在催化氧化VOCs領(lǐng)域得到了廣泛研究，但是由于貴金屬的資源稀缺，價格較貴，所以從降低成本的方向考慮，降低貴金屬的負載量是一個可選的方法。單金屬催化劑雖有其較好的催化性能，但是據(jù)報道雙金屬(核殼，合金)催化劑更能提高其反應(yīng)活性，兩種金屬之間會產(chǎn)生一種協(xié)同作用，因此雙金屬催化劑又逐漸引起了廣大科研工作者的注意。