[發(fā)明專利]一種負(fù)載型氮氧共摻雜多孔碳原子級活性位點(diǎn)催化劑的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910596176.0
• 申請日: 2019-07-03
• 公開（公告）號: CN110449174B
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 丁輝;薛凌霄
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;B01D53/86;B01D53/44
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 李素蘭

本發(fā)明公開了一種負(fù)載型氮氧共摻雜多孔碳原子級活性位點(diǎn)催化劑的制備方法，該催化劑以具有獨(dú)特孔隙結(jié)構(gòu)和豐富N、O官能團(tuán)的氮氧共摻雜多孔碳作為載體，將過渡金屬活性原子負(fù)載其上，并摻雜堿金屬和堿土金屬作為促進(jìn)劑，由于堿金屬或堿土金屬與過渡金屬活性組分之間的強(qiáng)相互作用，形成X?O_x?Y_y(OH)_z結(jié)構(gòu)的原子級活性位點(diǎn)(X代表過渡金屬原子，Y代表堿金屬或堿土金屬原子)，使催化劑具有較高的催化活性、穩(wěn)定性和選擇性，能夠?qū)崿F(xiàn)常溫下催化降解VOCs，降解效果較好。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及催化劑的制備方法，具體涉及一種堿金屬或堿土金屬促進(jìn)的氮氧共摻雜多孔碳負(fù)載過渡金屬原子的原子級活性位點(diǎn)催化劑的制備方法。

背景技術(shù)

揮發(fā)性有機(jī)污染物(VOCs)被列為空氣污染的主要貢獻(xiàn)者之一，慣性思維認(rèn)為，VOCs的氧化降解必須需要高溫條件(200～400℃)或外界能量的輸入才能發(fā)生高效的正向催化反應(yīng)。基于這樣的思維，催化焚燒、蓄熱式催化焚燒、低溫等離子體、紫外光輔助催化等能量輸入型VOCs消解技術(shù)成為技術(shù)主流，但這些方法往往在能耗、安全、效率等方面存在一定的不足。常溫催化氧化降解VOCs具有能耗低、安全性高、投資費(fèi)用低、無二次污染等優(yōu)勢，成為了最有前景的VOCs降解技術(shù)。

雖然在常溫常壓且不借助外界能量的條件下，VOCs的催化氧化在熱力學(xué)上是可行的(吉布斯自由能小于0)，但現(xiàn)實(shí)中其反應(yīng)速率十分緩慢，這就需要從反應(yīng)動力學(xué)方面進(jìn)行突破，設(shè)計(jì)合適的高活性催化劑成為了實(shí)現(xiàn)常溫催化的關(guān)鍵。以單個或若干個原子為活性位點(diǎn)的原子級活性位點(diǎn)催化劑是非均相催化的前沿領(lǐng)域，引起了廣泛關(guān)注。原子級活性位點(diǎn)能夠降低氧化反應(yīng)的活化能，并促進(jìn)產(chǎn)生高氧化還原電位的活性氧物種，從而在常溫常壓下加快VOCs氧化反應(yīng)速率。另外，原子級分散的活性位點(diǎn)催化劑具有極高的原子利用率，能夠改善活性位點(diǎn)的均勻性，并能很好地調(diào)節(jié)活性位點(diǎn)與載體之間的相互作用，具有較高的催化活性和選擇性。研究表明，將過渡金屬原子負(fù)載在固體載體上構(gòu)筑原子級活性位點(diǎn)催化劑用于常溫催化氧化VOCs具有較好的催化性能和降解效果，公開號為CN 106622225 A的中國專利公開了一種用于催化降解VOCs的單原子Au催化劑，將單原子Au負(fù)載在TiO₂納米片上，具有較高的催化活性和使用壽命；公開號為CN 106807243 A的中國專利將改性的Pt分散在MnO₂上，合成了Pt單原子催化劑，將其用于常溫降解飛機(jī)艙VOCs，具有較好的去除效果。但負(fù)載型金屬原子級活性位點(diǎn)催化劑在制備過程中往往會由于金屬之間及金屬與載體之間的弱結(jié)合而形成簇，降低了原子利用率，尤其是負(fù)載量較高時，制備出原子分散的催化劑較為困難。另外，由于金屬原子價格昂貴，使得催化劑制備成本大大增加。因此，設(shè)計(jì)合成常溫催化降解VOCs的原子級活性位點(diǎn)催化劑還面臨著分散度低、穩(wěn)定性差、制備和反應(yīng)期間貴金屬原子發(fā)生團(tuán)聚失活、VOCs降解率低、制備成本高等一系列問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是在于克服已有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種具有較高的催化活性、穩(wěn)定性和選擇性，將其用于常溫催化氧化降解VOCs，具有極高的降解率的堿金屬或堿土金屬促進(jìn)的負(fù)載型氮氧共摻雜多孔碳原子級活性位點(diǎn)催化劑的制備方法。

本發(fā)明的目的通過以下方案來實(shí)現(xiàn)：

本發(fā)明提供的負(fù)載型氮氧共摻雜多孔碳原子級活性位點(diǎn)催化劑的制備方法，包括以下步驟：

(1)制備氮氧共摻雜多孔碳載體，包括以下步驟：

第一步，使用研磨機(jī)將10～100g大豆渣研磨成粉末，依次用質(zhì)量百分比為3％～5％的HCl溶液和蒸餾水進(jìn)行洗滌，除去大豆粉中的雜質(zhì)以及殘留的鹽酸，然后將過濾后大豆渣粉末置于60～100℃烘箱中干燥1～4h，最后在真空爐中以200～400℃的溫度于N₂氣氛中碳化1～3小時得到大豆粉；