一种用于苯催化氧化的Pt基催化剂的制备方法技术

本发明专利技术公开一种用于苯催化氧化的Pt基催化剂的制备方法。本发明专利技术是基于绿色的生物质还原法制备负载型铂催化剂，制备方法是以废弃的鸡蛋壳（Eggshell）作为模板和载体；再以植物质侧柏提取液为还原剂，将铂前驱体还原为铂（Pt）纳米颗粒；从而得到Pt/Eggshell催化剂。最后，将所得催化剂用于VOCs中苯的去除，本方案可实现铂负载量为0.75wt%（理论负载量），400

Preparation of PT-based catalyst for catalytic oxidation of benzene

The invention discloses a preparation method of a PT-based catalyst for catalytic oxidation of benzene. The invention is based on green biomass reduction method to prepare supported platinum catalyst, which is prepared by using abandoned eggshell as template and carrier, and then reducing platinum precursor to platinum (Pt) nanoparticles with plant Platycladus orientalis extract as reductant, so as to obtain Pt/Eggshell catalyst. Finally, the catalyst was used to remove benzene from VOCs. The platinum loading was 0.75wt% (theoretical loading), 400.

【技术实现步骤摘要】
一种用于苯催化氧化的Pt基催化剂的制备方法
本专利技术属于纳米材料制备
，具体涉及的是一种用于苯催化氧化的Pt基催化剂的制备方法。
技术介绍
大气中苯、甲苯、二甲苯等典型的挥发性有机化合物（VOCs）对人类健康和地球环境构成了严重的威胁，主要有以下几个方面：（1）大多数VOCs具有刺激性气味或臭味，严重影响到人们的生活质量；（2）VOCs成分复杂，具有渗透、挥发及脂溶等特性，还具有毒性、刺激性及致畸致癌作用，尤其是苯、甲苯、二甲苯及甲醛的危害最大；（3）多数VOCs会与大气中的NOx发生光化学反应，形成二次污染物或强化学活性的中间产物，从而增加烟雾及臭氧的地表浓度，危害人类健康和农作物生长；（4）部分VOCs可破坏臭氧层，如氟氯烃物质，从而加剧了紫外线对人类皮肤、眼睛及免疫系统的危害。目前，我国已将VOCs列为重点污染物。传统的VOCs控制技术基本可分为两大类：回收技术和销毁技术。回收技术是根据VOCs本身的性质，利用吸收法、吸附法、冷凝法及膜分离法，可实现VOCs的转移与富集，但无法销毁VOCs。而销毁技术则是采用化学或生物方法，使VOCs分子转化为小分子的水和二氧化碳，主要包括直接燃烧法、生物降解法和催化氧化法。直接燃烧法需要较高的操作温度，能耗巨大，还可能产生有毒的二次污染物；生物法是利用微生物的代谢过程将有机污染物降解，反应条件温和、反应速度快、适应范围广等优点，然而该法主要针对水相低浓度VOCs，且要求反应器体积大。作为一种终端处理方法，催化氧化法是利用催化剂将VOCs直接氧化为无污染的CO2和H2O，可以在较低温度下进行，成本低，降解彻底，二次污染小，去除效率高，从而近年来催化氧化法被认为是最具发展前景的VOCs去除方法。典型VOCs氧化催化剂主要有两类，即负载型贵金属催化剂和过渡金属氧化物催化剂。贵金属催化剂具有较好的活性和抗失活能力，易于再生，尽管其成本较高，仍然是VOCs氧化催化剂的首选；单纯的过渡金属氧化物也能用于氧化VOCs，然而在同等条件下，催化剂活性明显低于负载贵金属的过渡金属氧化物。目前在负载型贵金属催化剂中，铂、钯和银是被广泛研究的活性组分，他们通常负载于过渡金属氧化物（如Al2O3、TiO2、SiO2、MnOx、CeO2、Co3O4及其混合物等）上，以提高贵金属的分散度，增加反应物的吸附，并降低贵金属的负载量。然而通常来说，过渡金属氧化物载体成本较高，且制备过程复杂，制备过程产生较大的污染。然而将废弃的鸡蛋壳回收利用，作为载体负载贵金属纳米颗粒用于VOCs的催化氧化，不仅经济环保，实现了废物的回收利用，且原料易得，成本低廉。目前，尚未有报道将鸡蛋壳作为载体负载贵金属用于VOCs的催化氧化。近年来，利用生物还原法制备贵金属纳米颗粒及其催化剂，生物分子既充当还原剂，又扮演保护剂的角色，不仅可以获得稳定性较好的纳米颗粒，获得常规化学法难以得到的一些结果，而且过程不需要引入其它化学试剂，还可以利用绿色的生物资源，使得该法成为贵金属纳米颗粒制备技术研究中的一个热点。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于苯催化氧化的Pt基催化剂的制备方法，将其应用于VOCs中苯的催化去除，该催化剂表现出良好的催化活性，制备条件温和，成本低，绿色无污染，工艺简单稳定。本专利技术提出的负载型贵金属催化剂，制备方法是废弃的鸡蛋壳作为载体；再以植物质侧柏为还原剂，将铂前驱体还原为铂纳米颗粒；从而得到Pt/Eggshell催化剂。一种用于苯催化氧化的Pt基催化剂的制备方法，具体包括以下步骤：（1）取10～30mL蒸馏水，加入0.1～0.5g的鸡蛋壳粉末和20～600μL的铂前驱体溶液，于50～100°C下搅拌1～2h；（2）在步骤（1）所得混合溶液中加入10～30mL植物质提取液，于50～100°C下搅拌1～2h；（3）将上述材料过滤洗涤，于50～90°C下干燥5～12h，然后在空气或惰性气氛下400℃焙烧4h，即得负载量为0.1～2.0wt%的Pt/Eggshell催化剂。催化剂所需载体鸡蛋壳粉末的制备包括以下步骤：1）收集废弃的鸡蛋壳；2）将鸡蛋壳用清水反复洗涤后，在室温条件下自然干燥;3）将干燥的鸡蛋壳研磨粉碎后，通过20-100目分子筛以获得鸡蛋壳粉末。所述步骤（1）中所使用的铂前驱体溶液为氯铂酸溶液，氯铂酸溶液的浓度为35.1mM。所述步骤（2）中所述的植物质提取液为侧柏提取液，所述侧柏提取液的浓度为2~20g/L。侧柏提取液与铂前驱体溶液的体积比为10~30:0.02~0.6。侧柏提取液的制备方法包括：称取侧柏树叶干粉于锥形瓶中，加入去离子水，将其置于30°C恒温水浴摇床中振荡2h，过滤取其滤液即制得侧柏提取液。采用原位还原法将事先吸附在蛋壳上的铂前驱体还原为粒径在3.0~8.0nm的铂纳米颗粒。本专利技术的负载型铂催化剂用于VOCs中苯的去除效果如下：将制备的铂催化剂用于VOCs中苯的去除，可实现催化剂的负载量为0.75%，400℃氩气焙烧时，1000ppm苯转化率达到90%时所需的温度仅为178oC（此时SV=80,000mL/g/h）。对于苯的去除，Pt/Eggshell催化剂表现出良好的催化活性。本专利技术负载型铂催化剂用于VOCs中苯的去除具有以下优势：（1）本专利技术铂催化剂制备过程采用植物质为还原剂将铂前驱体还原为铂纳米颗粒，合成方法绿色环保；（2）本专利技术铂催化剂所用的载体为废弃的鸡蛋壳，成本非常低廉，非但不产生任何污染，还可实现垃圾的回收再利用；（3）本专利技术所制备的铂催化剂负载量可控制在0.1～2.0wt%，针对VOCs中苯浓度的不同，可相应制备不同的贵金属负载量，应用范围广；（4）本专利技术的制备方法简单，反应条件温和，所需材料成本低，来源方便。附图说明图1为本专利技术中0.75wt%的Pt/Eggshell的透射电镜图；图2为本专利技术中0.75wt%的Pt/Eggshell在空气中不同温度焙烧的催化效果图；图3为本专利技术中0.75wt%的Pt/Eggshell在于400℃下不同气氛中焙烧的催化效果图。具体实施方式为了进一步解释本专利技术的技术方案，以下通过具体实施方式结合附图对本专利技术的技术方案进行进一步的说明和描述。催化剂所需载体鸡蛋壳粉末的制备包括以下步骤：1）收集废弃的鸡蛋壳；2）将鸡蛋壳用清水反复洗涤后，在室温条件下自然干燥;3）将干燥的鸡蛋壳研磨粉碎后，通过20-100目分子筛以获得鸡蛋壳粉末。侧柏提取液的制备方法包括：称取侧柏树叶干粉于锥形瓶中，加入去离子水，将其置于30°C恒温水浴摇床中振荡2h，过滤取其滤液即制得侧柏提取液。实施例一（1）取10mL去离子水，加入216μL35.1mM的氯铂酸溶液和0.212g的载体（20-100目的鸡蛋壳粉末），在90℃油浴锅中搅拌1h;（2）往（1）中加入10mL10g/L的侧柏提取液，继续在90℃油浴锅中搅拌1h;（3）将上述混合液过滤洗涤，于50℃下烘干12h;（4）在空气气氛下400℃焙烧4h,得到负载量为0.75wt%的Pt/Eggshell催化剂。实施例二（1）取10mL去离子水，加入576μL35.1mM的氯铂酸溶液和0.212g的载体（20-100目的鸡蛋壳粉末），在90℃油浴锅中搅拌1h;（2）往（1）中加入10mL20g/L本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于苯催化氧化的Pt基催化剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）取10～30 mL 蒸馏水，加入0.1～0.5 g的鸡蛋壳粉末和20～600 μL的铂前驱体溶液，于50～100 °C下搅拌1～2 h；（2）在步骤（1）所得混合溶液中加入10～30 mL植物质提取液，于50～100 °C下搅拌1～2 h；（3）将上述材料过滤洗涤，于50～90 °C下干燥5～12 h，然后在空气或惰性气氛下400℃焙烧4 h，即得负载量为0.1～2.0wt%的Pt/Eggshell催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种用于苯催化氧化的Pt基催化剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）取10～30mL蒸馏水，加入0.1～0.5g的鸡蛋壳粉末和20～600μL的铂前驱体溶液，于50～100°C下搅拌1～2h；（2）在步骤（1）所得混合溶液中加入10～30mL植物质提取液，于50～100°C下搅拌1～2h；（3）将上述材料过滤洗涤，于50～90°C下干燥5～12h，然后在空气或惰性气氛下400℃焙烧4h，即得负载量为0.1～2.0wt%的Pt/Eggshell催化剂。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：催化剂所需载体鸡蛋壳粉末的制备包括以下步骤：1）收集废弃的鸡蛋壳；2）将鸡蛋壳用清水反复洗涤后，在室温条件下自然干燥;3）将干燥的鸡蛋壳研磨粉碎后，通过20-100目分子筛以获得鸡蛋壳粉末。3.如权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨大鹏，郭云龙，刘明焕，
申请(专利权)人：泉州师范学院，
类型：发明
国别省市：福建,35