[發(fā)明專利]一種活性炭負載高分散雙金屬粒子催化劑及其制備方法和應用

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• 申請日: 2022-12-31
• 公開（公告）號: CN115957752A
• 公開（公告）日: 2023-04-14
• 發(fā)明（設計）人: 盧春山;肖法展;蔣瑞坤;李小年
• 申請（專利權）人: 浙江工業(yè)大學
• 主分類號: B01J23/60
• 分類號: B01J23/60;B01J23/89;B01J23/755;B01J37/02;B01J37/18;C07C1/26;C07C11/04
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 俞慧

1.一種活性炭負載雙金屬粒子催化劑的制備方法，其特征在于：所述催化劑包括載體、金屬活性組分I和金屬活性組分II，所述載體為活性炭，金屬活性組分I為鉑或鈀或鎳，金屬活性組分II為鋅或銅或鈷；所述金屬活性組分I的質量占載體質量的0.1-3.0％，金屬活性組分I與金屬活性組分II的摩爾比例為1:1-10；所述制備方法包括以下幾個步驟：

(1)金屬浸漬液I和II的配制：稱取金屬前驅體I和金屬前驅體II，分別用去離子水溶解，加入0.1-0.2mol/L表面活性劑水溶液，超聲使之充分混合后，加入離子液體，配成金屬浸漬液I和II；所述離子液體選用1-丁基-3-甲基咪唑氯鹽或1-丁基-3-甲基咪唑乙酸鹽；所述金屬前驅體I或II與表面活性劑溶液、離子液體的投料比為50-150mg：1-2ml：1-2ml；

(2)納米粒子的制備：取一球形容器，所述球形容器設置有兩個進口A、B和一個出口C，球形容器溫度設置為70-95℃；將金屬浸漬液I和金屬浸漬液II混合得到金屬浸漬液混合物，稱取一定量的還原劑水溶液，還原劑的摩爾數與金屬的總摩爾數之比為1.2-40:1，所述金屬浸漬液混合物用噴射裝置以霧狀通過球形容器的進口A噴入球形容器，所述還原劑同時用噴射裝置以霧狀通過球形容器的進口B噴入球形容器，調控還原劑與金屬浸漬液混合物的噴入流速以使兩者能在相同時間內噴射完畢，金屬浸漬液混合物和還原劑在球形容器內充分接觸后通過出口C流入裝有聚乙二醇的開口容器中，聚乙二醇處于輕微攪拌狀態(tài)，生成的金屬粒子收集在聚乙二醇中；然后，減壓蒸餾將水分蒸出，蒸餾至體積剛剛能將步驟(3)所得載體活性炭浸沒，得到金屬納米顆粒溶液；所述還原劑選擇硼氫化鈉、甲脒亞磺酸中的一種；所述聚乙二醇與金屬前驅體的投料比為0.5-2mL：100-1100mg；

(3)載體的前處理：將活性炭破碎過篩成5-40目顆粒狀活性炭，采用摩爾濃度為0.5-2mol/L的氯化鐵溶液于20-60℃下浸洗活性炭2-6h，陰干，其中金屬鐵的質量與活性炭的投料質量比為0.01-0.1:1；將陰干后的活性炭載體在惰性氣氛圍下600-800℃下焙燒2-5h；焙燒之后，采用摩爾濃度為0.5-2mol/L的稀鹽酸溶液于30-60℃下浸洗活性炭2-4h，過濾，用于去除活性炭中的鐵；采用去離子水洗滌至中性；過濾后的活性炭放入鼓風干燥箱中干燥；該步用于疏通微孔孔道，增加羰基、羥基等酸性基團，便于金屬粒子進入孔道吸附于活性炭表面，處理之后的活性炭中殘留三價鐵含量為0.001-0.005wt％；

(4)金屬納米顆粒的負載：負載之前將步驟(2)得到的金屬納米顆粒溶液超聲5-30min，使金屬納米顆粒在溶液中充分分散；將步驟(3)處理好的活性炭浸沒在金屬納米顆粒溶液中，在20-40℃水浴中進行浸漬2-4h；浸漬完成之后在H₂氣氛下進行干燥，干燥程序：首先25-50℃下保持2-4h，250-500℃下保持2-6h，升溫速率為1-10℃/min；其中H₂壓力為0.1-0.5MPa；制得活性炭負載雙金屬粒子催化劑。

2.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述活性炭微孔比例高于80％，表面為碳以sp³雜化為主，sp³/sp²雜化型碳比例高于1.2。

3.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述的金屬前驅體I選自PdCl₂、PtCl₄或NiCl₂〃6H₂O；所述金屬前驅體II選自硝酸鋅、硝酸銅或硝酸鈷。

4.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述表面活性劑選用十六烷基三甲基溴化銨或十二烷基三甲基溴化銨。

5.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于：步驟(2)中，聚乙二醇分子量為300-600。

6.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于：步驟(2)中，聚乙二醇的攪拌速率為50-500r/min。