[發明專利]一種負載銅鈀的介孔碳化硅基催化劑及其制備方法與應用

在審

• 申請號: 202010622992.7
• 申請日: 2020-06-30
• 公開（公告）號: CN111729678A
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發明（設計）人: 范建偉;王玥;張偉賢;滕瑋;冉獻強;余備;陳小倩
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: B01J27/224
• 分類號: B01J27/224;B01J37/10;B01J37/08;B01J37/18;B01J37/02;B01J37/06;B01J23/89;C02F1/461;C02F1/70;C02F101/16
• 代理公司: 北京匯捷知識產權代理事務所(普通合伙) 11531
• 代理人: 陳義

本發明公開了一種負載銅鈀的介孔碳化硅基催化劑及其制備方法與應用，首先以介孔二氧化硅為硬模板制備介孔碳化硅材料；隨后將介孔碳化硅材料與鈀和銅的前驅體混合溶液混合，溶劑完全揮發后干燥；干燥后的粉末先后經N₂煅燒、H₂還原，最終得到負載鈀銅的介孔碳化硅基催化劑。將該催化劑制成電極，通過電化學法催化還原水體中的硝酸鹽。本發明的催化劑制備方法簡單，在低金屬負載量下該催化劑即可實現高效催化脫氮，產物氮氣選擇性高，具備活性高、穩定性好、適用范圍廣、成本低的優勢。

技術領域

本發明涉及催化劑制備及應用的技術領域，尤其涉及一種負載銅鈀的介孔碳化硅基催化劑及其制備方法與應用。

背景技術

化石燃料、植物和垃圾的燃燒，生活污水、工業廢水和畜牧廢水的未處理排放以及含氮化肥的大量合成和過量使用等人類活動造成了水體硝酸鹽污染。水體硝酸鹽污染嚴重危害生態環境和人體健康。傳統的脫氮處理技術(物理法、生物法、活潑金屬還原法、化學催化加氫法)，存在操作復雜、需要后續處理、造成二次污染、潛在安全隱患等局限。與之相比，電催化技術更加簡便、高效、安全、經濟，可應用于水體脫氮。鈀銅催化體系具備催化還原硝態氮的活性，但其脫氮效率和產物氮氣選擇性仍需進一步提高。

發明內容

針對上述現有技術的缺陷與不足，提供一種負載銅鈀的介孔碳化硅基催化劑的制備方法，包括如下步驟：S1、將P123、去離子水、鹽酸、正四硅酸乙酯進行混合攪拌，得到均勻溶液，將所述均勻溶液在40C的水浴中攪拌24h后倒入水熱釜，進行進行晶化，再經冷卻、過濾、干燥后置于馬弗爐中進行煅燒，得到介孔二氧化硅，介孔二氧化硅為制備介孔碳化硅的硬模板；S2、將聚碳硅烷溶于二甲苯中得到聚碳硅烷溶液，聚碳硅烷的數均分子量為1500～2500，將介孔二氧化硅與聚碳硅烷溶液混合攪拌，待二甲苯溶劑完全揮發后進行干燥，干燥后的粉末經煅燒、刻蝕、洗滌、干燥，得到介孔碳化硅；S3、將PdCl₂和Cu(NO₃)₂·3H₂O進行混合得到銅鈀前驅體混合溶液；S4、向所述銅鈀前驅體混合溶液中加入所述介孔碳化硅，待溶劑完全揮發后干燥，干燥后的粉末于管式爐中先后經氮氣氣氛煅燒、氫氣氣氛還原，得到所述負載鈀銅的介孔碳化硅基催化劑。

較佳地，步驟S1中，所述均勻溶液的各組分的配方為：每2g P123，水的用量為63.95ml，鹽酸的用量為10ml，正四硅酸乙酯的用量為4.25g；將P123、水、鹽酸進行混合攪拌，再滴加正四硅酸乙酯，得到所述均勻溶液。

較佳地，步驟S1中：晶化溫度為130C，時間為72h；煅燒條件為：以空氣為氣氛，煅燒要求溫度為550C，升溫速率1C/min，煅燒時間6h。

較佳地，聚碳硅烷溶液中聚碳硅烷的濃度為10wt％，介孔二氧化硅和聚碳硅烷按質量比1:(1～1.2)混合。

較佳地，步驟S2中：干燥溫度為80℃，干燥時間為12h；刻蝕為與過量4wt％HF水溶液混合攪拌24h。

較佳地，步驟S2中的煅燒過程為：以氮氣為氣氛，首先以2℃/min的速率升溫至350℃，保溫5h；隨后以0.5℃/min的速率升溫至700℃；繼而以2℃/min的速率升溫至1200～1400℃，保溫2h；最后在氮氣保護下自然冷卻至室溫。

較佳地，所述銅鈀前驅體混合溶液中：鈀的質量體積濃度為0.1～5g/L；銅的質量體積濃度為0.05～2.5g/L；鈀銅的質量比為2:1。

較佳地，步驟S4中：所述的介孔碳化硅在所述銅鈀前驅體混合溶液中的質量體積濃度為100g/L；干燥溫度為80℃，時間為12h；煅燒、還原條件為：要求溫度400℃，升溫速率1℃/min；氮氣氣氛煅燒時間為3h，氫氣氣氛還原時間為1h。

本發明還提供了一種負載銅鈀的介孔碳化硅基催化劑，采用所述負載銅鈀的介孔碳化硅基催化劑的制備方法制備而成。