[發明專利]一種在多孔礦物中原位構造多級孔碳材料及同步負載貴金屬納米催化劑的方法

在審

• 申請號: 202111301700.0
• 申請日: 2021-11-04
• 公開（公告）號: CN113976109A
• 公開（公告）日: 2022-01-28
• 發明（設計）人: 周怡笛;閔鑫;王麗娟;房明浩;吳小文;劉艷改;黃朝暉;吳小賢;侯喜鋒
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（北京）;浙江省地質礦產研究所;銅陵博雅渡業新材料科技有限公司
• 主分類號: B01J23/42
• 分類號: B01J23/42;B01J23/44;B01J23/46;B01J23/50;B01J23/52;B01J35/04;B01D53/86;B01D53/72
• 代理公司: 北京華清科睿知識產權代理事務所(普通合伙) 11989
• 代理人: 朱紅濤

一種在多孔礦物中原位構造多級孔碳材料及同步負載貴金屬納米催化劑的方法，屬于納米催化材料制備技術領域。本發明用酸或堿溶液對多孔礦物進行預處理，以貴金屬鹽為原料，配制含水溶性高分子的水溶液，二者混合攪拌獲得含貴金屬離子的前驅體溶液，將處理后的多孔礦物加入到前驅體溶液中，經真空浸漬和干燥后得到金屬離子/高分子/多孔礦物前驅體；前驅體在高溫熱處理過程中原位碳化和還原，實現在多孔礦物的孔結構中原位構造多級孔碳材料并同步負載貴金屬納米催化劑，具有優異的催化性能且環境友好，具有廣闊的應用前景。

技術領域

一種在多孔礦物中原位構造多級孔碳材料及同步負載貴金屬納米催化劑的方法，屬于納米催化材料制備技術領域。

背景技術

人們的日常活動有80％都是在室內進行，因此室內裝飾及建材帶來的室內污染問題逐漸引起了人們的重視與關注，室內空氣污染物中以甲醛的問題尤為突出。經研究發現，長期暴露于甲醛環境中會降低機體的呼吸功能，影響機體的免疫應答，人類吸入高濃度甲醛可導致支氣管哮喘、肺炎等呼吸道疾病，甲醛對健康的危害近年來引起越來越多的關注，如何高效凈化消除室內空氣中的甲醛成為人們關注的熱點。

目前，一系列的技術方法已經被開發出來用于甲醛污染降解，其中最主要包括：換氣法、植物吸收法、吸附法、冷凝法、等離子體消除法、光催化降解法和催化氧化法，其中換氣法對室內的通風速率有一定的要求，而植物吸收法和吸附法容易在短時間內失效，冷凝法和等離子體消除法均對設備有較高的要求，光催化降解法容易產生二次污染。針對上述方法存在的弊端，提出催化氧化法，這種方法可以在室溫下加速甲醛與O₂的氧化反應，從而使得甲醛被徹底氧化為無毒的二氧化碳和水，相比于其他處理手段，催化氧化法相具有效率高、降解完全和無污染的特點，尤為重要的是催化氧化對低濃度甲醛消除非常有效，因此被認為是最有效、最有前途的室內甲醛消除方法。

由于貴金屬催化劑往往表現出更為優異的低溫催化氧化甲醛的活性，因而廣泛被學者研究，而選擇合適的載體用于負載這些貴金屬關乎催化劑的催化性能，研究表明，具有較大比表面積的載體能夠更好的分散貴金屬、暴露更多活性位點和有利于反應物和生成物的擴散和傳質，最重要的是能夠增加載體和活性組分的協同效應，因此載體的性質和特點極大的影響著催化劑的活性。

天然礦物材料如沸石、膨脹蛭石、膨脹珍珠巖、海泡石和硅藻土，具有密度小、比表面積大，表面活性高、原料來源廣、化學性質穩定和價格便宜等特點，是一些比較理想的功能載體材料，被廣泛應用于催化降解。多孔碳材料結合了不同尺寸孔的結構特點，具有發達孔隙結構和大的比表面積等優勢，在多孔礦物中原位構造多級孔碳材料不僅豐富了多孔礦物的孔結構，還能提高催化劑載體的比表面積，增加催化劑的活性位點。然而，目前以多孔礦物中原位構造多級孔碳材料為載體的貴金屬納米催化劑的制備方法鮮有報道。

發明內容

本發明提出了一種在多孔礦物中原位構造多級孔碳材料及同步負載貴金屬納米催化劑的制備方法，能夠更高效的吸附和降解甲醛氣體分子。

本發明的一個技術方案是，一種在多孔礦物中原位構造多級孔碳材料及同步負載貴金屬納米催化劑的制備方法，包括以下步驟：

S1、以多孔礦物作為載體，采用酸或堿溶液對其預處理；

S2、以貴金屬鹽為原料，配置含水溶性高分子的水溶液，將二者混合攪拌獲得含貴金屬離子的前驅體溶液；

S3、將處理后的多孔礦物加入到前驅體溶液中進行真空浸漬和干燥后得到金屬離子/高分子/多孔礦物前驅體；

S4、將步驟S3所述的前驅體在高溫熱處理中實現原位碳化和還原，得到多孔礦物中原位構造多級孔碳材料及同步負載貴金屬納米催化劑。

具體的，步驟S1中，預處理的酸或堿為鹽酸、硫酸、硝酸、氫氧化鈉和氫氧化鉀中的一種，干燥溫度為60-110℃，干燥時間為4-24h。