本发明专利技术公开了一种Au/ZIF‑8‑TiO2催化剂及其制备方法与应用，其是将自组装法制得的金属有机骨架材料ZIF‑8（类沸石咪唑酯骨架材料）加入到TiO2的前驱体中，制得ZIF‑8改性后的TiO2载体，而后通过沉积沉淀法，以Au纳米粒子为活性组分，将其分散在ZIF‑8改性后的TiO2载体表面，制得高分散的负载型Au催化剂Au/ZIF‑8‑TiO2。本发明专利技术中ZIF‑8的引入提高了所得催化剂可见光下催化氧化CO的活性，使该催化剂适用于空气或其他场合下CO的常温去除；且其制备方法简单易行，有利于推广应用。
Au/ZIF-8-TiO2 catalyst, preparation method and application thereof
The invention discloses a Au/ZIF 8 TiO2 catalyst and preparation method and application thereof, which is from ZIF metal organic framework materials prepared by the assembly (Class 8 zeolite imidazolate frameworks) added to the TiO2 precursor, preparation of ZIF 8 modified TiO2 vector after, and then a deposition precipitation method, using Au nanoparticles as active components, which are dispersed in the ZIF 8 TiO2 modified the surface of the carrier, prepared highly dispersed Au catalyst Au/ZIF 8 TiO2. The introduction of improved catalyst under visible light catalytic oxidation activity of CO ZIF 8 in the invention, the catalyst is suitable for air or other occasions at room temperature and CO removal; the preparation method is simple and feasible, and is favorable for popularization and application.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于可见光催化氧化CO
，具体涉及一种Au/ZIF-8-TiO2催化剂及其制备方法与应用。
技术介绍
CO是典型的易燃、易爆、有毒气体，极易与血液中的血红蛋白（Hb）结合。当空气中含ppm级的CO时，就会引起人体中毒；当空气中CO含量达到400ppm时会使人出现头痛、疲倦、恶心等感觉；当含量达到600ppm时，人发生心悸亢进，并伴有虚脱；当含量大于1000ppm时，人便出现昏睡、痉挛，严重时将窒息而死。在当前研究最多的氢燃料电池中，微量的CO就会使催化剂和电极等中毒，其中最典型的就是质子膜交换燃料电池（PEMFC），在重整气中0.5-1.0vol%CO就会使PEMFC电极中毒，必须将燃料气中的CO浓度降至100ppm以下。同样，在工业生产中，微量CO的存在能引起一些合成反应的催化剂中毒，对工业生产极为不利，如合成氨工业原料气中含有的微量CO就必须净化脱除。因此，如何高效的去除CO，已经成为当前的主要环境问题之一。目前，最常用的CO去除方法有物理方法：深冷分离法、变压吸附法、膜分离法、溶剂吸收法等；化学脱除法：低温水煤气变换法、甲烷化法和催化氧化法等。但是由于CO的净化设备要求具有温度低、重量轻、体积小、操作方便、工艺简单、连续工作等特点，故物理净化方法不易采用；而低温水煤气变换反应法是将CO与水蒸汽反应转化为CO2并同时生成H2，其非常适合CO的脱除体系，但是该反应在低温条件下反应速率相对较慢，而且反应还受到热力学平衡的限制，难以达到将CO降到ppm级的要求，所以只适合用于CO浓度较高时的去除。CO甲烷化是一项比较成熟的工艺，但是在反应过程中会消耗掉大量的氢气（去除1摩尔CO要消耗3摩尔的H2），体系内部很可能发生逆水煤气变换反应。因此，研究低（常）温（<100℃）CO催化氧化，对消除CO的污染更具有实际意义。当前，关于催化氧化CO研究最多的就是将活性组分贵金属（Pd,Au,Ag,Rh和Pt等）负载到一定的载体上（Al2O3,SiO2,TiO2等），对CO均表现出一定的催化氧化效果。其中，研究最多的就是Au/TiO2体系。研究发现，当金纳米颗粒高度分散在金属氧化物的载体表面时，不仅对CO的氧化具有极好的催化活性，而且具有良好的抗水性、稳定性和湿度增强效应；而TiO2因其具有合适的禁带宽度、高的光电转换效率、价廉等优势而在光催化氧化CO中受到广大研究者的钟爱。虽然Au/TiO2体系对CO表现出较好的催化氧化活性，但是由于存在稳定性差、易失活、选择性不是很高等缺点而受到限制。因此，如何实现在常温条件下提高Au催化剂高效、低成本的催化氧化CO，迄今为止仍然是研究的热点问题之一。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种Au/ZIF-8-TiO2催化剂及其制备方法与应用，其针对传统Au负载型催化剂需在较高温度下才能催化氧化CO的问题，通过引入多孔、大比表面积的ZIF-8作为助剂，对载体TiO2进行改性，加强了金属与载体间的相互作用，并使其在可见光区的吸收带边发生红移，以提高Au/TiO2在可见光下催化氧化CO的性能，从而提高此类催化剂的低温活性；且该催化剂制备方法简单易行，有利于推广应用。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种Au/ZIF-8-TiO2催化剂，是以Au纳米粒子为活性组分，将其均匀分散在经金属有机骨架材料ZIF-8（类沸石咪唑酯骨架材料）改性后的TiO2载体表面，形成的一种高分散负载型催化剂；所得催化剂中ZIF-8的含量为1.0~20.0wt%，Au的含量为0.1~5.0wt%。所述Au/ZIF-8-TiO2催化剂的制备方法包括以下步骤：1）利用自组装法制备ZIF-8；2）在TiO2的前驱体中加入ZIF-8，通过溶剂热反应，制得ZIF-8改性后的TiO2载体；3）利用沉积沉淀法在步骤2）制得的ZIF-8改性后的TiO2载体表面负载Au纳米粒子，制得所述催化剂。其具体操作为：将硝酸锌与2-甲基咪唑在甲醇溶剂中搅拌8~48h后，离心，洗涤，所得沉淀60~100℃真空烘干，得ZIF-8；将制得的ZIF-8加入到TiO2的前驱体溶液中，130~180℃溶剂热反应15~20h，而后离心、洗涤，60~100℃真空干燥，得到ZIF-8改性后的TiO2载体；将ZIF-8改性后的TiO2载体与HAuCl4溶液混合，得到的Au前驱体溶液，用0.5~1.5mol/LNaOH溶液调节pH值为8~12，反应1h后用含NaOH的NaBH4溶液于室温下搅拌2~7h进行还原反应，而后离心、洗涤，60~100℃干燥，即制得所述Au/ZIF-8-TiO2催化剂。其中，所述HAuCl4溶液中Au浓度为0.005~0.02g/mL；所述含NaOH的NaBH4溶液中，NaBH4的浓度为0.1~0.25mol/L，NaOH的浓度为0.1~0.25mol/L。所得Au/ZIF-8-TiO2催化剂在可见光催化下，能够用于空气或其他场合中CO的常温去除。本专利技术的显著优点在于：（1）本专利技术以多孔、大比表面积的ZIF-8为助剂，对载体TiO2进行改性，有利于活性组分Au纳米粒子在载体表面的高度分散；同时，因为ZIF-8具有很强的光吸收，可使Au/TiO2在可见光区的吸收带边发生了红移，有利于提高该催化剂在可见光下光催化氧化CO的活性。（2）ZIF-8与TiO2的结合实现了MOFs与半导体组合，有利于开发其他MOFs半导体材料在催化氧化CO方面的应用。（3）本专利技术的制备方法简单易行，有利于推广应用。附图说明图1为实施例制得的Au/ZIF-8-TiO2催化剂的透射光谱图，其中，图A为Au纳米粒子在TiO2和ZIF-8中的分散情况，图B为Au和TiO2的晶格条纹。图2为实施例和对比例1制得的TiO2(a)，Au/TiO2(b)，ZIF-8-TiO2(c)和Au/ZIF-8-TiO2(d)的X射线粉末衍射谱。图3为实施例和对比例1制得的TiO2(a)，ZIF-8-TiO2(b)，Au/TiO2(c)，Au/ZIF-8-TiO2(d)和ZIF-8(e)的漫反射光谱图。图4为实施例和对比例制得的Au/ZIF-8(a)，Au/TiO2(b)和Au/ZIF-8-TiO2(c)催化剂样品的光电流图。图5为光照前后Au/TiO2，Au/ZIF-8-TiO2与Au/ZIF-8样品催化氧化CO性能的结果图。具体实施方式为了使本专利技术所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本专利技术所述的技术方案做进一步的说明，但是本专利技术不仅限于此。实施例Au/ZIF-8-TiO2催化剂的制备（1）将1.66g六水合硝酸锌与10.6g2-甲基咪唑依次加入114mL的甲醇溶液中，室温下磁力搅拌48h，而后离心、洗涤，80℃真空干燥12h，得ZIF-8；（2）将0.1g步骤（1）制得的ZIF-8加入到含14mL三氯化钛和1.68gNaOH的280mL乙醇溶液中，150℃溶剂热反应18h，然后离心、洗涤，80℃干燥12h，得ZIF-8-TiO2载体；（3）将步骤（2）制得的载体和2mL含Au浓度为0.01g/mL的HAuCl4溶液（1.0gHAuCl4·3H2O用去离子水溶解、定容至100mL）加入到100m本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种Au/ZIF‑8‑TiO2催化剂，其特征在于：以Au纳米粒子为活性组分，将其均匀分散在经金属有机骨架材料ZIF‑8改性后的TiO2载体表面，形成高分散负载型催化剂。
【技术特征摘要】
1.一种Au/ZIF-8-TiO2催化剂，其特征在于：以Au纳米粒子为活性组分，将其均匀分散在经金属有机骨架材料ZIF-8改性后的TiO2载体表面，形成高分散负载型催化剂。2.根据权利要求1所述Au/ZIF-8-TiO2催化剂，其特征在于：所得催化剂中ZIF-8的含量为1.0~20.0wt%，Au的含量为0.1~5.0wt%。3.一种如权利要求1所述Au/ZIF-8-TiO2催化剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：1）利用自组装法制备ZIF-8；2）在TiO2的前驱体中加入ZIF-8，通过溶剂热反应，制得ZIF-8改性后的TiO2载体；3）利用沉积沉淀法在步骤2）制得的ZIF-8改性后的TiO2载体表面负载Au纳米粒子，制得所述催化剂。4.根据权利要求3所述Au/ZIF-8-TiO2催化剂的制备方法，其特征在于：步骤2）所述溶剂热反应是在130~180℃反应15~20h，...
【专利技术属性】
技术研发人员：戴文新，张玉娟，陈旬，王绪绪，刘平，付贤智，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建;35
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