一种氧化锌掺杂的二氧化钛纳米金催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术一种氧化锌掺杂的介孔二氧化钛纳米金催化剂，由金纳米粒子负载到大比表面积、高结晶度的氧化锌掺杂的介孔二氧化钛载体上形成的，金纳米粒子：氧化锌掺杂介孔二氧化钛重量比为1~8:100，所述的氧化锌掺杂的介孔二氧化钛的结晶度为80~90%、比表面积为400~440m2/g。通过沉积沉淀法制备得到负载型金催化剂，测试其CO氧化性能，发现负载6wt%Au的催化剂在300℃和600℃下焙烧处理后可以分别在零下10℃和零℃完全转化一氧化碳，显示这种催化剂较高的催化活性和高温抗烧结能力以及较高的催化稳定性。

【技术实现步骤摘要】
【专利说明】
本专利技术属于化工领域，涉及一种催化剂，具体来说是。
技术介绍
负载型金催化剂是一类新型的工业和环保催化材料，其CO低温氧化催化性能在封闭式CO2激光器、航天器及潜水艇等密闭系统、CO气体传感器、CO气体防护面具以及氢燃料电池等许多领域具有广泛的应用前景。以二氧化钛为载体的金催化剂在一氧化碳氧化、水汽转移反应、由氢气和氧气制备过氧化氢、从富氢体系中除去一氧化碳以及选择氧化等领域具有重要的应用。人们对高比表面积二氧化钛为载体的金催化剂以及以非孔二氧化钛为载体的金催化剂分别进行了研究。Wang在2008年发表了负载在介孔Ti02的金催化剂比Au/P25催化剂具有更高催化活性的研究结果。Yan研究了晶型结构对介孔Au/T1^f化剂活性和稳定性的影响。Overbury也获得了更高活性的介孔Au/Ti02催化剂的结果，具体的掺数是比表面积250 m2/g、平均金粒子粒径3.5 nm左右、9_14 wt%的金负载量，活性为T50=_10 °C，而相同条件的P25为Τ50=-37ΤΜ Geserick通过溶胶凝胶法制备了特定比表面积、不同晶型的介孔Ti02载体，以此为载体，通过沉积-沉淀法来制备金催化剂，研究介孔二氧化钛的结构对催化活性的影响。Moreau研究了用不同比表面积(10、37、45、90、240、305 m2/g)的二氧化钛做载体的金催化剂对反应速率的影响，不同比表面积的介孔二氧化钛是用不同的表面活性剂、通过软模板法制备的。王军虎制备的具有高活性和抗烧结性能的金催化剂，也在SOh后明显失活。路勇制备的一种负载型纳米金催化剂也是随着时间而失活，10h失活12%。使用高比表面积的载体能够能提高催化剂的活性，由于用大比表面积的介孔二氧化钛为载体，可以将金纳米粒子高度分散到二氧化钛的孔道和表面上，从而降低金纳米粒子因迀移而聚集增大，同时增加金催化剂的反应稳定性。而氧化锌原本就可以作为金催化剂的载体，而它的掺杂更可以改变复合材料的活性位提升性能。总之，文献中还没有用通过高温焙烧获得的高结晶度大比表面积的氧化锌掺杂的介孔二氧化钛做载体的报道。使用高比表面积的载体能够能提高催化剂的活性，由于用大比表面积的介孔二氧化钛为载体，可以将金纳米粒子高度分散到二氧化钛的孔道和表面上，从而降低金纳米粒子因迀移而聚集增大，同时增加金催化剂的反应稳定性。而氧化锌原本就可以作为金催化剂的载体，它的掺杂可以进一步提高催化剂载体的活性。总之，文献以及专利等公开报道的关于CO催化氧化的金催化剂具有较高的低温催化活性，但是高温抗烧结能力比较差。同时具有低温催化活性和高温抗烧结能力以及良好催化稳定性的金催化剂少有报道。
技术实现思路
针对现有技术中的上述技术问题，本专利技术提供了，所述的这种氧化锌掺杂的二氧化钛纳米金催化剂及其制备方法和应用解决了现有技术中的金催化剂在高温抗烧结能力以及催化剂稳定性即催化寿命方面性能比较差的技术问题。本专利技术提供了一种氧化锌掺杂的介孔二氧化钛纳米金催化剂，由金纳米粒子负载到大比表面积、高结晶度的氧化锌掺杂的介孔二氧化钛载体上形成的，金纳米粒子与大比表面积、高结晶度的介孔二氧化钛的重量比为1~8:100,所述的大比表面积、高结晶度的氧化锌掺杂的介孔二氧化钛的结晶度为80~90%、比表面积为400~440m2/g。进一步的，所述的大比表面积、高结晶度的氧化锌掺杂的介孔二氧化钛通过如下的方法制备而成:在30~50°C下，将表面活性剂溶解于有机溶剂中，然后依次加入双金属源(钛源、锌源)和硅源，溶解完全后加入质量百分比浓度为15~25%的酚醛树脂乙醇溶液，在30~50°C水浴下充分搅拌形成均相溶液，随后倒入一个容器中，在30~50°C烘箱中放置10~30h，然后在80~105°C烘箱中放置10~30h进行交联，从而得到橘黄色透明的膜状物； 表面活性剂:溶剂:双金属源(钛源、锌源):硅源:质量百分比浓度为20%的酚醛树脂乙醇溶液的质量比为1.0:14~17:6~8:1~1.5:3~6 ； 所述表面活性剂为F127 ； 所述有机溶剂为乙醇，所述的硅源为正硅酸四乙酯。进一步的，所述的双金属源(钛源、锌源)为0.8mol/L的1:1金属原子比例混合的硝酸锌四氯化钛溶液。进一步的，所述的双金属源(钛源、锌源)通过如下的方法制备而成:将二氧化钛溶解在lmol.L 1盐酸中，然后按照原子比例1:1加入六水硝酸锌，二氧化钛:六水硝酸锌:lmol.L1盐酸的质量比为1: 0.873:15 ； 进一步的，氧化锌的掺杂比例范围为原子比例锌/钛=0-100。进一步的，金纳米粒子与比表面积、高结晶度的介孔二氧化钛的量，按重量比计算，即金纳米粒子:大比表面积、高结晶度的介孔二氧化钛为1.0-8.0:100。进一步的，表面活性剂F127是固体的薄片，化学结构上是乙氧基-丙氧基形成的两性三嵌段聚合物，但是嵌段组成不同。F127的分子式E01Q6P07QE01Q6;其中EO表示乙氧基，PO表示丙氧基。该表面活性剂为常用的产品，在此不再赘述。本专利技术还提供了上述的一种氧化锌掺杂的二氧化钛纳米金催化剂的制备方法，将大比表面积、高结晶度的氧化锌掺杂的介孔二氧化钛分散到温度为60~90°C的去离子水中，所述的去离子水的用量，按大比表面积、高结晶度的氧化锌掺杂的介孔二氧化钛:去离子水为lg: 40~130ml的比例计算，在60~90°C水浴中搅拌均匀，然后加入氯金酸溶液，氯金酸溶液的加入量，按大比表面积、高结晶度的介孔二氧化钛:氯金酸溶液中的金的质量比为100:1~8的比例计算，所述的氯金酸溶液的浓度为0.245-1.0mmol.L \继续在60~90°C水浴中搅拌均匀，得到溶液，然后用氨水和氢氧化钠溶液将所得溶液的pH值调至8.0-9.0，然后继续搅拌2~24h后，过滤，所得滤饼用去离子水洗涤到pH为中性，然后控制温度为40~80°C进行干燥，然后控制温度为300~600°C下焙烧l~5h，即得氧化锌掺杂的二氧化钛纳米金催化剂。进一步的，制备过程中调节pH值的方法，即先用质量百分比浓度为1~5%的氨水调pH值为7.0，搅拌10~60min后再用浓度为0.lmol/L的氢氧化钠水溶液调pH值为8.0-9.0。本专利技术还提供了上述的一种氧化锌掺杂的二氧化钛纳米金催化剂用于催化一氧化碳进行氧化反应。针对Au催化剂在高温下易烧结，催化氧化过程中稳定性差(即反应寿命短)的问题，本专利技术以高结晶度、大比表面积的氧化锌掺杂的介孔二氧化钛作为载体，使用沉淀-沉积法将金纳米粒子负载在氧化锌掺杂的介孔二氧化钛上制备。所制备的氧化锌掺杂的二氧化钛纳米金催化剂能大大提高其抗烧结和稳定性的能力，在苛刻的反应条件下，在-10°c能够将CO完全转化，在600 °C焙烧2h后还能在O °C保持很高的催化活性和稳定性。本专利技术的一种氧化锌掺杂的二氧化钛纳米金催化剂，由于制备过程中采用大比表面积、高结晶度的氧化锌掺杂的介孔二氧化钛为载体，该载体的大比表面积能增大金纳米粒子之间的分散性，从而避免高温烧结时纳米粒子之间因高温而引起的迀移所当前第1页1 2 3 4 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氧化锌掺杂的介孔二氧化钛纳米金催化剂，其特征在于：由金纳米粒子负载到大比表面积、高结晶度的氧化锌掺杂的介孔二氧化钛载体上形成的，金纳米粒子与大比表面积、高结晶度的介孔二氧化钛的重量比为1‑8:100，所述的大比表面积、高结晶度的氧化锌掺杂的介孔二氧化钛的结晶度为80~90%、比表面积为400~440m2/g。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：戴燕峰，沈绍典，童辉，王根礼，毛东森，卢冠忠，
申请(专利权)人：上海应用技术学院，
类型：发明
国别省市：上海;31