[發明專利]一種層狀MXene摻雜制備催化劑的方法及在氣體凈化中的應用

在審

• 申請號: 201910016002.2
• 申請日: 2019-01-08
• 公開（公告）號: CN109675549A
• 公開（公告）日: 2019-04-26
• 發明（設計）人: 李丹;王慧;陳留平;王國華
• 申請（專利權）人: 中鹽金壇鹽化有限責任公司
• 主分類號: B01J23/20
• 分類號: B01J23/20;B01J23/30;B01J23/34;B01J23/42;B01D53/86;B01D53/56;B01D53/72;B01D53/62
• 代理公司: 南京中高專利代理有限公司 32333
• 代理人: 呂波

本發明屬于空氣凈化領域，尤其是一種層狀MXene摻雜制備催化劑的方法及在氣體凈化中的應用；所述催化劑的制備方法為：將MXene二維納米片均勻分散于TiO₂水性溶膠中，再在溶膠中引入催化劑活性成份V/W，或Ce/Mn，或Nb/Pd，或Pt等活性離子，干燥燒結研磨得到二維、三維組裝結構的催化劑粉體；本發明將二維層狀MXene納米片和活性金屬離子通過溶膠凝膠路線制備催化劑，MXene材料的引入為催化劑提供更多的活性位點，同時使氣體在催化劑內的傳輸路徑為曲折型路徑，增加了氣體與催化劑的接觸時間，提高了催化劑的催化效率；催化劑活性組分分散度高、比表面積大、孔透性好，在氣體催化中表現出較好的催化能力。

技術領域

本發明屬于空氣凈化領域，尤其是一種層狀MXene摻雜制備催化劑的方法及在氣體凈化中的應用。

背景技術

近年來， MXenes材料由于具有類似石墨烯的二維結構，具有獨特的層狀結構，自潤滑、高韌性、可導電，綜合了陶瓷和金屬的優點，吸引越來越多的關注。目前，MXenes材料已成功廣泛用于電化學中超級電容器，鋰離子電池，太陽能電池，儲能，析氧反應等方面，效果顯著，然而在催化領域的應用則相對較少。

因此通過將二維層狀MXenes材料分散納米載體中，負載活性金屬離子用于氣體凈化具有很好的催化性能。二維MXenes材料的引入使催化劑能夠均勻分布在納米片表面形成獨特的二維、三維組裝結構，為催化劑提供更多了的活性位點，同時增加了氣體與催化劑的接觸時間，從而提高了催化效率。

發明內容

本發明的目的是：針對氣體凈化的問題，提供一種層狀MXene摻雜制備催化劑的方法，該催化劑具有二維、三維組裝結構，活性組分分散高、比表面積大、孔透性好、催化效率高；本發明的另一個目的是：提供一種層狀MXene摻雜的催化劑的應用，將二維層狀MXene摻雜的催化劑應用于煙氣脫硝，VOCs脫除。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案如下：

一種層狀MXene摻雜制備催化劑的方法，所述催化劑具有二維和三維組裝結構；所述制備方法包括以下步驟：

（1）MXene溶液的制備：將Ti₃AlC₂ 顆粒置于40%HF中于25℃下攪拌2h，離心分離，干燥，將得到的粉末分散于去離子水中得到分散液，所述分散液的濃度為2mg/mL，將分散液在流動的氬氣下超聲2h，離心，取上層清液得到MXene溶液；

（2）取MXene溶液，超聲1~2h，加入去離子水，鈦前驅體、分散劑、酸攪拌1~4h得到溶液A；

（3）催化劑活性成分的制備：將金屬鹽溶于去離子水中得到溶液B；

（4）將溶液B加入溶液A中，攪拌加入一定量粘合劑，攪拌1~4h得溶液C；

（5）取溶液C干燥得到固體D；

（6）燒結得到催化劑。

進一步的，所述步驟（2）中的鈦前驅體為TiOSO₄，TiCl₄，Ti(SO4)₂中的一種或兩種。

進一步的，所述步驟（2）中的分散劑為乙二醇、甘油、十二烷基硫酸鈉中的一種。

進一步的，所述步驟（2）中的酸為草酸、檸檬酸、鹽酸和硝酸中的一種。

進一步的，所述步驟（3）中的金屬鹽為V/W，或Ce/Mn，或Nb/Pd，或P的可溶性金屬鹽。

進一步的，所述步驟（4）中的粘合劑是聚乙二醇、聚乙烯醇、甲基纖維素中的一種。

進一步的，所述步驟（2）和步驟（4）中的鈦前驅體，分散劑，酸，粘合劑的摩爾比為1︰1~6︰1~4︰1~4。