不同碳材料负载铂光致热催化净化VOCs制造技术

本发明专利技术涉及一种具有光致热催化净化VOCs（如甲苯）的不同碳材料负载铂的催化剂及其应用。该催化剂的制备方法包括：（1）将贵金属前驱体的水溶液与不同的碳材料混合；（2）超声分散5~30 min；（3）50~80 ℃温度下搅拌加热5~8 小时；（4）80~120 ℃烘箱中干燥6~8小时；（5）在10~100 mL/min的氢气氛围下，以2~10 ℃/min的速率升至200~400 ℃，保持2~4小时。所述贵金属铂与不同碳材料的质量比为0‑3%。该方法制备的材料能够吸收全光谱，将全波段光谱吸收转化为热能，高效催化净化VOCs。该制备方法原料易得、工艺简单、易于产业化。

【技术实现步骤摘要】
不同碳材料负载铂光致热催化净化VOCs
本专利技术属于一种催化剂材料及其制备方法和应用，具体涉及一种光催化降解气相挥发性有机物的不同碳材料负载贵金属铂的催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
随着社会经济不断发展，挥发性有机污染物（VolatileOrganicCompounds,VOCs）的排放量正在急剧增大。其主要来源包括室内和室外，室内源主要来自燃煤和天然气等燃烧产物，吸烟、采暖和烹调等的烟雾，建筑和装修材料等；室外源主要来自燃料燃烧和交通运输产生的工业废气、汽车尾气、光化学污染等。VOCs不仅对环境造成严重的污染，而且对人体的健康也有巨大的危害。因此，研究一种高效且稳定降解气相VOCs的催化剂，一直是研究者追求的目标。在研究VOCs处理的进程中，从起初的吸附法，吸收法一直发展到现在热门的光催化法。其中，光催化法能够有效利用太阳能，在室温下反应，将VOCs有效降解为无害的产物，例如CO2和H2O，成为一种绿色、环保和经济的处理方法。因此，光催化法的关键在于高性能催化剂的研发。在全光谱范围中，紫外光区域（<400nm）仅占5%，而剩下的区域是50%的可见光（400~780nm）和45%的红外光（>780nm）。TiO2光催化剂因经济、无毒、稳定等优点已经被广泛应用。但它的半导体禁带宽度为3.2eV，只对紫外光区域有响应，无法利用可见光和红外光。因此，如何提高催化材料的光响应范围一直是研究者努力的方向。Wan-Kuen等（JournalofHazardousMaterials2009,164,(1),360-366.）合成氮掺杂TiO2；Hu等(Appl.Catal.B-Environ.2011,104,(1-2),30-36.)制备BiVO4/TiO2；Feng等（JournalofHazardousMaterials2011,192,(2),538-544.）合成窄带隙光催化材料BiOBr。这些研究工作将光催化材料的光响应范围扩宽到可见光，但目前对红外光响应光催化材料的研究较少。红外光占太阳光能的45%，开发红外光响应催化材料，对提高太阳能利用率具有重要的意义。碳材料由于其优异的吸光吸热等物理性能，能够有效地吸收太阳能。因此，开发一种能够利用碳材料优异性能的催化材料高效降解VOCs具有一定的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种具有有效利用全光谱，吸收光能转化为热能，高效催化净化VOCs（如甲苯等）的催化剂。本专利技术的高效的VOCs催化降解材料的制备方法为：（1）称取定量的铂金属前驱物的水溶液，加入定量的碳材料，混合均匀，得到碳材料和铂金属前驱物水溶液的混合液；（2）将碳材料和铂金属前驱物水溶液的混合液放置于超声器中，得到分散较好的碳材料和铂金属前驱物水溶液的混合液；（3）将分散较好的碳材料和铂金属前驱物水溶液的混合液放置于加热式搅拌器上，加热搅拌蒸干；（4）将装有负载铂粒子的碳材料的烧杯放置于烘箱中，干燥；（5）取出干燥箱中的负载铂的碳材料，装置石英管内，在氢气气氛下还原，得到负载纳米铂的碳材料。所述碳材料包括：碳纳米管（CarbonNanotubes,CNTs）、活性炭（ActivatedCarbon,AC）和石墨烯（ReducedGrapheneOxide,rGO）。所述的超声时间为5~30分钟。搅拌蒸干温度为50~80℃，搅拌时间为5~8小时。烘箱干燥温度为80~120℃，干燥时间为6~8小时。所述氢气流量为10~100mL/min。氢气还原程序升温速率为2~10℃/min，升至200~400℃，保持2~4小时。本专利技术的有益效果是：（1）该制备方法原料易得、工艺简单、易于产业化；（2）无需外来加热装置就可以实现光热条件。负载纳米铂的不同碳材料可以有效吸收全光谱，将吸收的光能转化为热能，无需使用外部加热装置就可以实现高效催化净化VOCs；（3）催化剂在经过多次循环后，仍保持高效的催化活性和稳定性；（4）催化剂能够起到吸收富集-光催化降解的作用。附图说明下面结合附图及实施例对本专利技术作进一步描述：图1是本专利技术实施例1,2,3所制备催化剂的紫外可见漫反射对比谱图；图2是本专利技术实施例1,2,3所制备催化剂的X射线衍射图；图3是本专利技术实施例1,2,3所制备催化剂的N2吸脱附曲线；图4是本专利技术实施例1,2,3所制备催化剂的孔径分布曲线；图5是本专利技术实施例1,2,3所制备催化剂在光强为320mW/cm2的全光谱氙灯光源照射下，催化剂降解甲苯的降解率变化对比图；图6是本专利技术实施例1,2,3所制备催化剂在光强为320mW/cm2的全光谱氙灯光源照射下，催化剂降解甲苯的矿化率变化对比图；图7是本专利技术实施例1,2,3所制备催化剂在光强为188mW/cm2的红外灯光源照射下，催化剂降解甲苯的降解率变化对比图；图8是本专利技术实施例1,2,3所制备催化剂在光强为188mW/cm2的红外灯光源照射下，催化剂降解甲苯的矿化率变化对比图；图9是本专利技术实施例1所制备催化剂在氙灯全光谱照射下的温度变化图；具体实施方式实施例1量取13.291mLH2PtCl6水溶液（3.8g/L），用200mL超纯水稀释，称取5gCNTs，混合，超声10分钟，80℃条件下搅拌蒸干6小时，放置在100℃烘箱中，干燥8小时后，在50mL/min的氢气气氛下，以5℃/min，升至250℃，保持2小时，所得碳纳米管负载Pt以总质量计，其中Pt占1%，即1wt%Pt-CNTs。实施例2量取13.291mLH2PtCl6水溶液（3.8g/L），用200mL超纯水稀释，称取5gAC，混合，超声10分钟，80℃条件下搅拌蒸干6小时，放置在100℃烘箱中，干燥8小时后，在50mL/min的氢气气氛下，以5℃/min，升至250℃，保持2小时，所得活性炭负载Pt以总质量计，其中Pt占1%，即1wt%Pt-AC。实施例3量取13.291mLH2PtCl6水溶液（3.8g/L），用200mL超纯水稀释，称取5grGO，混合，超声10分钟，80℃条件下搅拌蒸干6小时，放置在100℃烘箱中，干燥8小时后，在50mL/min的氢气气氛下，以5℃/min，升至250℃，保持2小时，所得石墨烯负载Pt以总质量计，其中Pt占1%，即1wt%Pt-rGO。表1是本专利技术实施例1,2,3所制备催化剂的物理性质。实施例4通过测试样品对气相甲苯的降解率和矿化率来评价其活性。所用的反应器是一个定制的溶剂为40mL的不锈钢反应器。实验前，称取50mg样品与3mL无水乙醇混合，超声分散均匀，采用砂芯过滤的方法使其均匀涂布于玻璃纤维膜上（φ50mm），40℃烘干。将干燥的玻璃纤维膜放置反应器内，气相甲苯通过反应器进行反应。反应时全光谱模拟所用光源为PLS-SXE300型氙灯（北京泊菲莱科技有限公司），红外光模拟所用光源为IR375CHIR2型红外灯（PHILIPS），反应过程中甲苯的浓度变化和最终产物CO2的生成由OnlineGC进行在线检测。其中，甲苯降解率和矿化率计算如式（1）和式（2）所示：甲苯降解率（%）=100*（[甲苯]入口-[甲苯]出口）/[甲苯]入口（1）甲苯矿化率（%）=100*（[甲苯]入口-[甲苯]出口）/（7*[甲苯]入口）（2）。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.不同碳材料负载铂催化剂的制备方法，其特征在于其步骤如下：（1）称取定量铂金属前驱物的水溶液，加入定量的碳材料，混合均匀，得到碳材料和铂金属前驱物水溶液的混合液；（2）将碳材料和铂金属前驱物水溶液的混合液放置于超声器中，得到分散较好的碳材料和铂金属前驱物水溶液的混合液；（3）将分散较好的碳材料和铂金属前驱物水溶液的混合液放置于加热式搅拌器上，加热搅拌蒸干；（4）将装有负载铂粒子的碳材料的烧杯放置于烘箱中，干燥；（5）取出干燥箱中的负载铂的碳材料，装置石英管内，在氢气气氛下还原，得到负载纳米铂的碳材料。

【技术特征摘要】
1.不同碳材料负载铂催化剂的制备方法，其特征在于其步骤如下：（1）称取定量铂金属前驱物的水溶液，加入定量的碳材料，混合均匀，得到碳材料和铂金属前驱物水溶液的混合液；（2）将碳材料和铂金属前驱物水溶液的混合液放置于超声器中，得到分散较好的碳材料和铂金属前驱物水溶液的混合液；（3）将分散较好的碳材料和铂金属前驱物水溶液的混合液放置于加热式搅拌器上，加热搅拌蒸干；（4）将装有负载铂粒子的碳材料的烧杯放置于烘箱中，干燥；（5）取出干燥箱中的负载铂的碳材料，装置石英管内，在氢气气氛下还原，得到负载纳米铂的碳材料。2.根据权利要求1所属的方法，其特征在于：所述步骤（1）中贵金属铂和碳材料的质量比为0~3%。3.根据权利要求1所属的方法，其特征在于：所述步骤（1）中碳材料包括：碳纳米管、活性炭和氧化石墨烯...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾宏鹏，蔡松财，李娟娟，
申请(专利权)人：中国科学院城市环境研究所，
类型：发明
国别省市：福建,35