一种复合催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种复合催化剂及其制备方法和应用，属于纳米材料领域。所述复合催化剂为铂/二氧化锰/四氧化三锰，其中，二氧化锰和四氧化三锰的摩尔比为(4.5～9.0):1，四氧化三锰附着二氧化锰的部分表面上，铂分别附着在二氧化锰和四氧化三锰的表面。所述制备方法包括：将二氧化锰纳米材料分散在水中，得到分散液；向所述分散液中加入铂前驱体，得到混合液；向所述混合液中加入用于还原所述铂前驱体的还原剂，所述还原剂与所述铂前驱体的摩尔比为(21～42):1，得到混合物；将所述混合物进行提纯，得到所述复合催化剂。该复合催化剂能够在15℃以上的环境下有效去除甲醛，扩宽了复合催化剂的使用范围。

【技术实现步骤摘要】
一种复合催化剂及其制备方法和应用
本专利技术涉及纳米材料领域，特别涉及一种复合催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
在新装修的房间中，室内装饰装修材料会释放出大量的甲醛，长期接触甲醛会使人们患上“病屋综合症”，危害人体的健康，严重时会导致死亡。人的大部分时间是在室内场所中度过的，因此有效去除甲醛，对人体健康至关重要。目前，去除甲醛的方法主要依靠后期治理。现有一种室温复合催化剂，该室温复合催化剂为Pt/α-MnO2@L-MnO2复合催化剂，该温室复合催化剂是在α-MnO2纳米管上定向生长层状的L-MnO2纳米片，形成复合结构，同时，在复合结构上负载1wt％的铂元素，该室温复合催化剂在室温(25℃)下可以催化甲醛，使其矿化，从而实现去除甲醛的目的，其矿化甲醛的效率可达92.1％，若将实验温度降低至15℃以后，其矿化甲醛的效率随着温度的降低会成比例显著下降。在实现本专利技术的过程中，专利技术人发现现有技术至少存在以下问题：在我国很多地区，全年中大部分时间的室内温度不足25℃，这使得现有的室温复合催化剂不能很好的发挥作用，而且缩小了室温复合催化剂的使用范围。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种复合催化剂的制备方法，该复合催化剂能够在较低的温度下对甲醛进行催化。所述技术方案如下：一方面，本专利技术提供了一种复合催化剂，所述复合催化剂为铂/二氧化锰/四氧化三锰，其中，二氧化锰和四氧化三锰的摩尔比为(4.5～9.0):1，四氧化三锰附着二氧化锰的部分表面上，铂分别附着在二氧化锰和四氧化三锰的表面。另一方面，本专利技术提供了一种复合催化剂的制备方法，所述制备方法包括：将二氧化锰纳米材料分散在水中，得到分散液；向所述分散液中加入铂前驱体，得到混合液；向所述混合液中加入用于还原所述铂前驱体的还原剂，所述还原剂与所述铂前驱体的摩尔比为(21～42):1，得到混合物；将所述混合物进行提纯，得到所述复合催化剂。具体地，所述二氧化锰纳米材料的制备方法包括：将高锰酸钾、硫酸锰和浓硫酸分散在水中，其中，高锰酸钾、硫酸锰和浓硫酸的摩尔比为1:1.67:6.27，在120～150℃下热处理80min，得到所述二氧化锰纳米材料。进一步地，所述二氧化锰纳米材料的制备方法还包括提纯，所述提纯的方法包括将得到的所述二氧化锰纳米材料经过离心，得到第一沉淀物，将所述第一沉淀物进行干燥，得到纯化的所述二氧化锰纳米材料。具体地，所述铂前驱体为氯铂酸、二氯二氨合铂或四氯铂酸钾，所述铂前驱体中的铂元素占所述复合催化剂的质量百分数0.8％。具体地，所述还原剂为硼氢化钠、硼氢化钾或水合肼。具体地，将所述二氧化锰纳米材料分散在水中后，磁力搅拌0.5h，得到分散液。具体地，将所述铂前驱体在所述分散液中浸渍0.5～1h，得到所述混合液。又一方面，本专利技术实施例提供了一种复合催化剂的应用，所述复合催化剂用于在温度为15℃以上时催化氧化甲醛，得到二氧化碳和水。本专利技术实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本专利技术实施例提供的复合催化剂，能够在15℃以上的环境下有效催化氧化甲醛，该制备方法通过调控NaBH4溶液的含量，使所制备的二氧化锰纳米材料上通过原位还原可以获得纳米铂，同时，也在二氧化锰纳米材料上原位生成四氧化三锰。在原位生长的过程中，四氧化三锰和二氧化锰纳米材料在界面紧密结合，使得Mn3+/Mn4+氧化还原对有利于电子迁移，更有利于复合催化剂表面空穴的生成，从而产生大量活性氧物种(如O·等)，这些活性氧物种能够保证复合催化剂在15℃以上的环境下可直接氧化甲醛，使得复合催化剂具有较高的去除甲醛的效率，该复合催化剂能够在15℃以上的环境下有效去除甲醛扩宽了复合催化剂的使用范围。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例一提供的复合催化剂和对比例所得的复合催化剂的X射线衍射谱图，图中，上方为本专利技术实施例一提供的复合催化剂，下方为对比例提供的复合催化剂，其中，*为α-MnO2，△为α-Mn3O4；图2是本专利技术实施例一提供的复合催化剂的扫描电子显微镜谱图；图3是本专利技术提供的对比例所得的复合催化剂的扫描电子显微镜谱图；图4是本专利技术实施例一提供的复合催化剂的透射电镜图谱；图5是本专利技术实施例一提供的复合催化剂和对比例所得的复合催化剂的孔径分布曲线；图6是本专利技术实施例一提供的复合催化剂和对比例所得的复合催化剂的N2吸附-脱附等温线图；图7是本专利技术实施例一提供的复合催化剂和对比例所得的复合催化剂于15℃下催化氧化甲醛过程中甲醛浓度降低的结果对比图；图8是本专利技术实施例一提供的复合催化剂和对比例所得的复合催化剂于15℃下催化氧化甲醛过程中二氧化碳浓度升高的结果对比图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。一方面，本专利技术实施例提供了一种复合催化剂，复合催化剂为铂/二氧化锰/四氧化三锰，其中，二氧化锰和四氧化三锰的摩尔比为(4.5～9.0):1，四氧化三锰附着二氧化锰的部分表面上，铂分别附着在二氧化锰和四氧化三锰的表面。另一方面，本专利技术实施例还提供了一种复合催化剂的制备方法，该制备方法包括：将二氧化锰纳米材料分散在水中，得到分散液；向分散液中加入铂前驱体，得到混合液，向混合液中加入用于还原铂前驱体的还原剂，还原剂与铂前驱体的摩尔比为(21～42):1，得到混合物；将混合物提纯，得到复合催化剂。具体地，二氧化锰纳米材料的制备方法包括：将高锰酸钾、硫酸锰和浓硫酸分散在水中，其中，高锰酸钾、硫酸锰和浓硫酸的摩尔比为1:1.67:6.27，在120～150℃下热处理80min，得到二氧化锰纳米材料。具体地，二氧化锰纳米材料的制备方法还包括：提纯，将得到的二氧化锰纳米材料经过离心，得到第一沉淀物，将第一沉淀物进行干燥，得到纯化的二氧化锰纳米材料。具体地，该二氧化锰纳米材料为MnO2纳米棒。具体地，铂前驱体为氯铂酸、二氯二氨合铂或四氯铂酸钾，铂前驱体中的铂元素占复合催化剂的质量百分数0.8％。具体地，还原剂为硼氢化钠、硼氢化钾或水合肼。在实现时，还原剂中还可以加入氢氧化钠或氨水，氢氧化钠或氨水用于减缓还原试剂水解，可实现稳定还原试剂的作用，同时，氢氧化钠或氨水还起着增加复合催化剂表面羟基的作用。其中，硼氢化钠和氢氧化钠的摩尔比为1:1，硼氢化钠和氨水的摩尔比为1:1，水合肼和氢氧化钠的摩尔比为1:1。具体地，混合物的提纯方法包括：将混合物进行离心，得到第二沉淀物，将第二沉淀物于80℃下干燥12h，得到复合催化剂。具体地，混合物的提纯方法包括：将混合物进行离心，得到第二沉淀物，将第二沉淀物于80℃下干燥12h，得到复合催化剂。进一步地，将干燥产物研磨。具体地，将二氧化锰纳米材料分散在水中后，磁力搅拌0.5h，得到分散液。具体地，将铂前驱体在分散液中浸渍1h，得到混合液。又一方面，本专利技术实施例还提供了一种复合催化剂的应用，复合催化剂用于在15℃及以上温度下催化氧化甲醛为二氧化碳和水。在本实施例中，若还原剂用量多，则MnO2被还原的量多，从而使本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合催化剂，其特征在于，所述复合催化剂为铂/二氧化锰/四氧化三锰，其中，二氧化锰和四氧化三锰的摩尔比为(4.5～9.0):1，四氧化三锰附着二氧化锰的部分表面上，铂分别附着在二氧化锰和四氧化三锰的表面。

【技术特征摘要】
1.一种复合催化剂，其特征在于，所述复合催化剂为铂/二氧化锰/四氧化三锰，其中，二氧化锰和四氧化三锰的摩尔比为(4.5～9.0):1，四氧化三锰附着二氧化锰的部分表面上，铂分别附着在二氧化锰和四氧化三锰的表面。2.一种如权利要求1所述的复合催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：将二氧化锰纳米材料分散在水中，得到分散液；向所述分散液中加入铂前驱体，得到混合液；向所述混合液中加入用于还原所述铂前驱体的还原剂，所述还原剂与所述铂前驱体的摩尔比为(21～42):1，得到混合物；将所述混合物进行提纯，得到所述复合催化剂。3.根据权利要求2所述的复合催化剂，其特征在于，所述二氧化锰纳米材料的制备方法包括：将高锰酸钾、硫酸锰和浓硫酸分散在水中，其中，高锰酸钾、硫酸锰和浓硫酸的摩尔比为1:1.67:6.27，在120～150℃下热处理80min，得到所述二氧化锰纳米材料。4.根据权利要求3所述的复合催化剂，其特征在于，所述二氧化锰纳米材...

【专利技术属性】
技术研发人员：严朝雄，徐志花，杨志华，
申请(专利权)人：江汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42