负载型金属催化剂、其制备方法及VOCs处理方法技术

本发明专利技术提供了一种负载型金属催化剂，包括：三维多级结构TiO2和负载在所述TiO2上的PdAu核壳双金属；其中，所述三维多级结构TiO2由TiO2纳米颗粒组装的纳米棒和/或TiO2纳米颗粒组装的纳米片形成。本发明专利技术还提供了一种负载型金属催化剂的制备方法及其应用。本发明专利技术提供的催化剂用于催化氧化VOCs时，纳米尺寸的PdAu核壳金属颗粒与三维多级结构TiO2载体之间具有强金属作用力，能够降低反应所需温度(即所需活化能)，提高对VOCs的催化氧化作用。实验结果表明，本发明专利技术提供的催化剂对苯的完全氧化温度可低至175℃，二氧化碳选择性≥99％。

Supported metal catalysts, their preparation methods and VOCs treatment methods

The invention provides a supported metal catalyst, which comprises a three-dimensional multilevel structure of titanium dioxide and a PdAu core-shell bimetal supported on the titanium dioxide, wherein the three-dimensional multilevel structure of titanium dioxide is formed by nanorods assembled by titanium dioxide nanoparticles and/or nanosheets assembled by titanium dioxide nanoparticles. The invention also provides a preparation method and application of a supported metal catalyst. When the catalyst provided by the invention is used for catalytic oxidation of VOCs, the nano-sized PdAu core-shell metal particles and the three-dimensional multi-level structure titanium dioxide carrier have strong metal interaction force, which can reduce the reaction temperature (i.e., the required activation energy) and improve the catalytic oxidation of VOCs. The experimental results show that the complete oxidation temperature of benzene and the selectivity of carbon dioxide of the catalyst provided by the invention can be as low as 175 C and over 99%.

【技术实现步骤摘要】
负载型金属催化剂、其制备方法及VOCs处理方法
本专利技术属于节能环保
，尤其涉及一种负载型金属催化剂、其制备方法及VOCs处理方法。
技术介绍
挥发性有机物(VOCs)是指在常温下饱和蒸气压大于70Pa，常压下沸点在260℃以下的有机物，包括烷烃、芳烃、卤代烃、醇、醚、脂等，在工业方面常见的来源有石油化工、印刷、喷涂等行业。大多数VOCs有毒、有刺激性气味，有些还有致癌性作用，对人体健康有着巨大的危害；VOCs在阳光作用下还可以和大气中的氮氧化合物发生光化学反应生成危害更大的光化学烟雾，已经成为我国近年来主要大气污染物之一。随着我国越来越严苛的法律法规的颁布，VOCs治理防控工作已成为当今环保工作亟待解决的重大问题之一。目前VOCs污染控制技术主要有吸附、吸收、燃烧和冷凝等，燃烧法中又包括催化燃烧法。催化燃烧法是用催化剂使废气中的可燃物质在低于其燃点温度(300～450℃)下实现氧化分解的净化方法。与目前主流的蓄热燃烧法相比，催化燃烧法具有所需辅助燃料少、能量消耗低(蓄热燃烧法的50％)、二次污染少、设备体积小等优点。现有技术公开了多种VOCs催化剂，其活性组分主要分为两类：(1)贵金属型，如Pt、Pd、PtPd双金属；(2)非贵金属型，如Mn、Cu、Ce等。传统贵金属催化剂虽然有着良好的催化效果，但成本较高；非贵金属催化剂虽然成本较低，但催化效果较差。因此，研究开发成本低且催化效果良好的VOCs催化剂对于环境保护而言具有重大意义。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种负载型金属催化剂、其制备方法及VOCs处理方法，本专利技术提供的负载型催化剂成本相对低廉，且具有良好的催化活性。本专利技术提供了一种负载型金属催化剂，包括：三维多级结构TiO2和负载在所述TiO2上的PdAu核壳双金属；其中，所述三维多级结构TiO2由TiO2纳米颗粒组装的纳米棒和/或TiO2纳米颗粒组装的纳米片形成。本专利技术以由TiO2纳米颗粒组装的低维结构的纳米棒和/或纳米片形成的三维多级结构TiO2作为载体，负载PdAu核壳双金属，TiO2纳米颗粒组装的三维多级结构具有良好的负载效果，能够使得PdAu核壳双金属高度分散在其表面且抑制纳米颗粒在反应过程中的表面迁移，能够获得更好的整体几何构型上的稳定，并维持纳米材料的尺寸效应；TiO2纳米颗粒组装三维多级结构载体能够强化气固相反应，获得良好的传质传热效果并强化反应；而PdAu形成核壳结构具有强电子效应，能够有效降低反应活化能和所需反应温度；载体和金属之间具有强作用力，使得表面纳米颗粒增加抗烧结性，增加其使用寿命。在一个实施例中，所述三维多级结构TiO2由TiO2纳米颗粒组装的纳米棒和TiO2纳米颗粒组装的纳米片形成。在一个实施例中，所述三维多级结构TiO2以TiO2纳米颗粒组装的纳米棒为树枝状骨架，TiO2纳米颗粒组装的纳米片沿所述树枝状骨架生长分布，类似于羽绒状。在一个实施例中，所述三维多级结构TiO2以TiO2纳米颗粒组装的纳米棒为树枝状骨架，TiO2纳米颗粒组装的纳米片沿所述树枝状骨架生长分布，类似于羽绒状，其粒径为0.5μm～3μm。在一个实施例中，所述PdAu核壳双金属以Pd为壳，以Au为核。在一个实施例中，所述PdAu核壳双金属中Pd的负载量为1～10wt％，Au的负载量为1～10wt％。在一个实施例中，所述PdAu核壳双金属中Pd的负载量为1～5wt％，Au的负载量为1～5wt％。在一个实施例中，所述PdAu核壳双金属中，Pd和Au的原子比为1～3:1～3。在一个实施例中，所述PdAu核壳双金属中Pd的负载量为3wt％，Pd和Au的原子比为1:1；在一个实施例中，所述PdAu核壳双金属中Pd的负载量为3wt％，Pd和Au的原子比为1:3；在一个实施例中，所述PdAu核壳双金属中Pd的负载量为3wt％，Pd和Au的原子比为3:1。在一个实施例中，所述PdAu核壳双金属的尺寸为2nm～16nm。在一个实施例中，所述PdAu核壳双金属中Pd壳的厚度为1nm～1.5nm。本专利技术提供的催化剂用于催化氧化VOCs时，纳米尺寸的PdAu核壳金属颗粒与三维多级结构TiO2载体之间具有强金属作用力，能够降低反应所需温度(即活化能)，提高对VOCs的催化氧化作用。本专利技术制备的催化剂性能好、结构稳定、活性相原子利用率高。实验结果表明，本专利技术提供的催化剂对苯的完全氧化温度可低至175℃，二氧化碳选择性≥99％。本专利技术还提供了一种三维多级结构TiO2，由TiO2纳米颗粒组装的纳米棒和TiO2纳米颗粒组装的纳米片形成，TiO2纳米颗粒组装的纳米棒为树枝状骨架，TiO2纳米颗粒组装的纳米片沿所述树枝状骨架生长分布。具体而言，该三维多级结构TiO2为羽绒状，可以作为催化剂载体负载金属催化剂。本专利技术还提供了一种负载型金属催化剂，包括三维多级结构TiO2和负载在所述TiO2上的活性组分；所述三维多级结构TiO2由TiO2纳米颗粒组装的纳米棒和TiO2纳米颗粒组装的纳米片形成，TiO2纳米颗粒组装的纳米棒为树枝状骨架，TiO2纳米颗粒组装的纳米片沿所述树枝状骨架生长分布；所述活性组分选自Pd和Au。在本专利技术中，三维多级结构TiO2为上述羽绒状结构，可负载Pd和Au，其中，Pd和Au可以Pd、Au单组份形式存在，可以PdAu双金属形式存在，也可以核壳结构形式存在，以及以上述形式同时存在；以核壳结构形式存在时，可以Pd为壳，Au为核，也可以Au为壳，Pd为核。本专利技术还提供了一种负载型金属催化剂的制备方法，包括以下步骤：冰醋酸和钛酸四丁酯进行水热反应后，进行煅烧，得到三维多级结构TiO2；将所述三维多级结构TiO2浸渍Pd盐和Au盐，还原后得到负载型金属催化剂。本专利技术以冰醋酸和钛酸四丁酯为原料进行水热反应，然后煅烧，得到三维多级结构TiO2。具体而言，本专利技术在搅拌的条件下将钛酸四丁酯逐滴滴加入冰醋酸中，搅拌后进行水热反应，得到载体前驱体。在一个实施例中，所述冰醋酸和钛酸四丁酯的体积比为20～60:1。在一个实施例中，所述冰醋酸和钛酸四丁酯的体积比为40:1。在一个实施例中，搅拌条件为800～1500r/min；在一个实施例中，搅拌条件为1000r/min。在一个实施例中，搅拌时间为30～60min。在一个实施例中，搅拌时间为45min。搅拌完毕后在水热反应釜中进行水热反应，水热反应的温度为120～180℃，时间为10～20h。在一个实施例中，水热反应的温度为150℃，时间为15h。水热反应完毕后，冷却、洗涤、干燥，得到载体前驱体。在一个实施例中，所述干燥的温度为80～120℃。在一个实施例中，所述干燥的温度为100℃。得到载体前驱体后，将其进行煅烧，在煅烧过程中生成TiO2纳米颗粒，并组装成树枝状骨架状的纳米棒以及在树枝状骨架上组装成纳米片，得到三维多级结构TiO2。在一个实施例中，所述煅烧的温度为500～1000℃，煅烧的时间为1～5h。得到三维多级结构TiO2后，将其浸渍Pd盐和Au盐，还原后得到负载型金属催化剂。具体而言，得到三维多级结构TiO2后，将其分散于溶剂中，加入Pd盐和Au盐，超声条件下混合均匀，搅干至粉末状后进行还原。在一个实施例中，分散溶剂选自乙醇或水。在一个实施例中，所述还原本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种负载型金属催化剂，包括：三维多级结构TiO2和负载在所述TiO2上的PdAu核壳双金属；其中，所述三维多级结构TiO2由TiO2纳米颗粒组装的纳米棒和/或TiO2纳米颗粒组装的纳米片形成。

【技术特征摘要】
1.一种负载型金属催化剂，包括：三维多级结构TiO2和负载在所述TiO2上的PdAu核壳双金属；其中，所述三维多级结构TiO2由TiO2纳米颗粒组装的纳米棒和/或TiO2纳米颗粒组装的纳米片形成。2.根据权利要求1所述的负载型金属催化剂，其特征在于，所述三维多级结构TiO2以TiO2纳米颗粒组装的纳米棒为树枝状骨架，TiO2纳米颗粒组装的纳米片沿所述树枝状骨架生长分布。3.根据权利要求2所述的负载型金属催化剂，其特征在于，所述三维多级结构TiO2的尺寸为0.5μm～3μm。4.根据权利要求1所述的负载型金属催化剂，其特征在于，所述PdAu核壳双金属以Pd为壳，以Au为核。5.根据权利要求4所述的负载型金属催化剂，其特征在于，所述PdAu核壳双金属中Pd的负载量为1～10wt％；所述PdAu核壳双金属中，Pd和Au的原子比为1～3:1～3。6.根据权利要求1所述的负载型金属催化剂，其特征在于，所述PdAu核壳双金属的尺寸为2nm～16nm；所述PdAu核壳双金属中Pd壳的厚度为1n...

【专利技术属性】
技术研发人员：巫毅飞，陈功骞，赵亚飞，林翔，
申请(专利权)人：福建龙净环保股份有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35