[發(fā)明專(zhuān)利]一種高穩(wěn)定單原子鉑基催化材料及制備方法和在含氧揮發(fā)烴凈化中的應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010438127.7
• 申請(qǐng)日: 2020-05-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111686774B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-03-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何熾;姜澤宇;建艷飛;董瑞;武雅妮
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B01J27/22
• 分類(lèi)號(hào): B01J27/22;B01J37/08;B01J37/10;B01J35/10;B01D53/86;B01D53/44
• 代理公司: 西安通大專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 姚詠華

一種高穩(wěn)定單原子鉑基催化材料及制備方法和在含氧揮發(fā)烴凈化中的應(yīng)用，以高穩(wěn)定碳化鉬為載體，通過(guò)水熱堿浸法在載體表面構(gòu)筑豐富的表面羥基。使得單原子鉑活性相通過(guò)與表面羥基的強(qiáng)相互作用而穩(wěn)定的分散于碳化鉬載體表面。該發(fā)明所制備的單原子鉑基催化材料具有優(yōu)異的低溫催化活性和穩(wěn)定性，能夠在溫度100?135℃、反應(yīng)空速36000?45000h^?1、氧氣濃度10?20vol.％的條件下實(shí)現(xiàn)工業(yè)源排放揮發(fā)性含氧烴的深度凈化。本發(fā)明極大地提升了該單原子催化材料的低溫催化效率。在一定程度上解決了負(fù)載型貴金屬成本昂貴的問(wèn)題，具有較好的應(yīng)用普適性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于大氣污染治理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高穩(wěn)定單原子鉑基催化材料及制備方法和在含氧揮發(fā)烴凈化中的應(yīng)用。

背景技術(shù)

揮發(fā)性有機(jī)污染物(Volatile Organic Compounds，VOCs)是指在常壓下沸點(diǎn)低于260℃的有機(jī)化合物，或在室溫(25℃)下飽和蒸氣壓超過(guò)133.32Pa，以氣態(tài)分子形態(tài)排放到空氣中的所有有機(jī)化合物的總稱(chēng)。VOCs種類(lèi)繁多，主要包括脂肪烴、含氧烴、芳香烴及其衍生物、含鹵烴、含氮烴、含硫烴等。VOCs具有很高的大氣化學(xué)反應(yīng)活性，是大氣氧化性增強(qiáng)的關(guān)鍵因素。近年來(lái)，我國(guó)VOCs排放總量逐漸增加，其引發(fā)的光化學(xué)煙霧、城市灰霾等復(fù)合大氣污染問(wèn)題日益嚴(yán)重。大量VOCs排放不僅造成大氣質(zhì)量下降，而且對(duì)人體的免疫系統(tǒng)、腎臟和呼吸系統(tǒng)的功能也產(chǎn)生極大的危害，增加人體(腦、胰臟、淋巴、造血和胃部等組織及器官)的致癌風(fēng)險(xiǎn)。繼除塵、脫硫、脫硝和機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣污染治理后，VOCs污染控制已成為我國(guó)大氣污染控制優(yōu)先方向之一。根據(jù)相關(guān)要求，我國(guó)目前實(shí)行重點(diǎn)行業(yè)(園區(qū))排放揮發(fā)烴類(lèi)的減量減排，強(qiáng)調(diào)開(kāi)展結(jié)合源頭的排放過(guò)程的減排措施，并形成高效的控制技術(shù)和工藝設(shè)備。因此，VOCs高效減排控制對(duì)改善我國(guó)大氣環(huán)境質(zhì)量具有重要意義。含氧揮發(fā)性有機(jī)污染物(如甲醛、丙酮、乙酸乙酯等)作為雜原子烴類(lèi)的代表，可由家具裝潢，涂料，包裝印刷，電子化工等多種途徑排入環(huán)境中，對(duì)人類(lèi)的生產(chǎn)生活造成極為嚴(yán)重的負(fù)面影響。催化氧化技術(shù)由于具有高效、節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，是目前凈化低濃度揮發(fā)烴類(lèi)的最有效手段之一。負(fù)載型貴金屬催化劑由于其活性好、可再生能力強(qiáng)，在含氧烴類(lèi)的去除中被廣泛采用。但由于貴金屬價(jià)格昂貴且活性中心易團(tuán)聚易失活等因素限制其進(jìn)一步工業(yè)化應(yīng)用的前景。因此急需根據(jù)揮發(fā)性含氧烴類(lèi)的排放特點(diǎn)和分子特征研發(fā)一種具有高活性、高穩(wěn)定性的單原子催化劑以提高單位鉑原子上的污染物轉(zhuǎn)化率，在降低催化材料成本低的同時(shí)仍能保持較高的活性和穩(wěn)定性。此發(fā)明在揮發(fā)性有機(jī)污染物低溫凈化領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種高穩(wěn)定單原子鉑基催化材料及制備方法和在含氧揮發(fā)烴凈化中的應(yīng)用。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種高穩(wěn)定單原子鉑基催化材料的制備方法，向四水合鉬酸銨水溶液中加入聚環(huán)氧乙烷-聚環(huán)氧丙烷-聚環(huán)氧乙烷三嵌段共聚物，攪拌均勻后逐滴加入順式油基伯胺，攪拌均勻，形成淡黃色透明溶液；然后調(diào)節(jié)pH為3.5-4，繼續(xù)攪拌后，得到混合溶液，將混合溶液在微波發(fā)生器中進(jìn)行加熱回流反應(yīng)，反應(yīng)完全后離心，一次焙燒，得到粉末；將粉末置于氫氧化鉀溶液中攪拌均勻，再置于水熱反應(yīng)釜中晶化，得到固體；將固體分散于乙醇中，加入聚乙烯吡咯烷酮，攪拌均勻后逐滴加入六水合氯鉑酸-乙醇溶液，加熱攪拌后過(guò)濾，洗滌，干燥，二次焙燒后得到高穩(wěn)定單原子鉑基催化材料。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，四水合鉬酸銨水溶液由四水合鉬酸銨溶于去離子水中制得，其中，四水合鉬酸銨與去離子水的比例為15-35mmoL：75-95mL。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，四水合鉬酸銨、聚環(huán)氧乙烷-聚環(huán)氧丙烷-聚環(huán)氧乙烷三嵌段共聚物與順式油基伯胺的比例為15-35mmoL：0.53-0.75g：15-23mL。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，采用1mol/L的鹽酸調(diào)節(jié)pH值為3.5-4，并繼續(xù)攪拌30min；微波發(fā)生器的功率設(shè)置為850W，回流反應(yīng)的溫度為120-135℃，時(shí)間為30-45min。