[發明專利]一種揮發性有機物催化燃燒催化劑的制備方法

有效

• 申請號: 202011632283.3
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112742379B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發明（設計）人: 張蕾;金曉勇;項權沂;徐赫;王卉;周潔
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: B01J23/42
• 分類號: B01J23/42;B01J23/44;B01J37/03;B01J37/08;B01J37/34;B01J37/02;F23G7/07
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 朱亞冠

本發明公開了一種揮發性有機物催化燃燒催化劑的制備方法。首先通過溶膠凝膠法制備出無定形結構的二氧化鋯ZrO₂，隨后將其在氫氣氣氛下等離子體處理形成ZrO_2?x，利用ZrO_2?x的空間限域作用將納米級貴金屬活性中心固定在無定形二氧化鋯表面，得到催化劑前驅體，再重復利用低溫等離子體放電技術，以氦氣作為載氣將前驅體送入反應器中，在高壓放電條件下，高能自由基與前驅體材料碰撞使貴金屬限域固載，從而得到分散度良好，且反應過程中活性中心不易揮發流失的負載型催化燃燒催化劑。本發明提供的制備方法克服了傳統制備法中導致的催化劑表面活性中心團聚與流失等問題，具有重要的工業應用意義。

技術領域

本發明屬于催化劑制備領域，涉及一種揮發性有機物催化燃燒催化劑的制備方法，具體涉及到低溫等離子體制備貴金屬負載型催化劑的技術。

背景技術

揮發性有機物是常溫下沸點50至260℃的各種有機化合物。在我國，揮發性有機物是主要的大氣污染物之一，不僅會對人體和環境造成傷害，而且還會進一步導致光化學煙霧和PM2.5等二次污染。目前，揮發性有機物控制技術主要包括吸附法、直接焚燒法、光降解法、等離子體法和催化燃燒法。其中，催化燃燒法因具有消除溫度低、能耗低、效率高、無二次污染等特點，備受行業關注。常見的催化燃燒催化劑主要包括過渡金屬氧化物負載型催化劑、復合氧化物催化劑以及貴金屬負載型催化劑。當前，真正已經產業化的催化劑為貴金屬負載型催化劑。貴金屬負載型催化劑通常以Pd、Pt、Au、Ag等貴金屬納米粒子為活性中心，因而展現出優良的催化活性。然而，貴金屬納米粒子由于自身的高活性，往往容易在反應過程中發生團聚。此外，這些貴金屬納米粒子在反應過程中還會與CO等結合，從而揮發流失。面對這些客觀存在的問題，必須對貴金屬負載型催化劑的制備方法進行改良，解決這一系列難題。中國科學院大連化學物理研究所包信和院士提出了“納米限域催化”的新概念，可通過孔道結構或者核殼結構來對活性中心限域。

基于包信和院士提出的理論與現有催化燃燒催化劑制備工藝存在的問題，本發明提出一種用于揮發性有機物催化燃燒的催化劑制備新方案。本發明首先通過溶膠凝膠法制備出無定形結構的二氧化鋯ZrO₂，并以此為載體進一步負載貴金屬活性中心。鑒于無定形ZrO₂表面結構的不穩定性，采用低溫等離子體轟擊還原的方式破壞載體的表面結構，使其產生一定的表面缺陷。最后在這些表面缺陷中將納米級貴金屬活性中心進行限域固載，得到所需催化燃燒催化劑。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的不足，提供一種揮發性有機物催化燃燒催化劑的制備方法。

本發明以無定形二氧化鋯為載體，采用等離子體放電技術在氫氣氣氛下使其形成ZrO_2-x，利用ZrO_2-x的空間限域作用將納米級貴金屬活性中心固定在無定形二氧化鋯表面，得到所需催化燃燒催化劑。具體通過以下方案實現：

步驟(1)、將ZrOCl₂·8H₂O和過量氨水制備成混合溶液，在室溫條件下緩慢攪拌后形成粘稠的膠液；

步驟(2)、將所得膠液經300℃干燥，獲得無定形結構的ZrO₂；

步驟(3)、將無定形ZrO₂放入低溫等離子體反應器，將其固定在放電區中；

步驟(4)、以一定流速向低溫等離子體反應器中通入氫氣，在一定的放電功率下處理4h，得到缺陷型納米二氧化鋯ZrO_2-x；

作為優選，氫氣流速為50-200mL/min；

作為優選，低溫等離子體反應器的放電功率為5-25W；

步驟(5)、根據負載比例，將缺陷型納米二氧化鋯ZrO_2-x與貴金屬前驅體溶液充分混合，室溫下浸漬12h后，在100℃下干燥脫水，得到催化劑前驅體；