一种负载型单原子Pt催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术具体涉及一种负载型单原子Pt催化剂及其制备方法和应用，该催化剂包括载体和活性组分，所述载体为CeO

A supported single atom Pt catalyst and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种负载型单原子Pt催化剂及其制备方法和应用
本专利技术属于催化剂合成
，具体涉及一种负载型单原子Pt催化剂及其制备方法和在低温催化氧化甲苯中的应用。
技术介绍
挥发性有机化合物(volatileorganiccompounds，VOCs)是一类主要的大气污染物，对人体健康以及环境带来严重危害。甲苯作为一种典型的挥发性有机化合物被广泛应用于装饰材料、溶剂和油漆涂料等化学品制造行业。由于油漆、粘合剂、墙纸等室内装修材料和香水、洗涤剂等日常化学用品中含有甲苯，使得甲苯成为室内空气的主要污染物之一。研究发现，甲苯对皮肤、粘膜有刺激性，对中枢神经系统有麻醉作用，并会对水环境造成污染。因此，去除空气中的甲苯对人体健康和改善空气质量具有重要意义。催化氧化法不但可以直接将甲苯催化氧化为无毒的CO2和H2O，能够很好的控制其反应的选择性同时还能在很大程度的降低完全燃烧的温度，其完全催化氧化温度一般要求在300～600℃，是去除甲苯最直接、最有效的方法。贵金属Pt催化剂因为具有金属氧化物催化剂所不可比拟的催化氧化活性，而受到各国科研工作者的广泛关注，但在减少贵金属用量、降低起燃温度、提高催化剂活性和稳定性等方面仍需要改进。单原子是一类新型的催化剂，相比传统负载型催化剂，单原子催化剂实现了单个原子成为反应活性点位，催化剂的负载量大大降低，而催化效果也显著提高。然而单原子催化剂易迁移团聚，从而引发活性下降甚至失活。铈氧化物特别是铈铕氧化物具有优越的储氧能力，能够有效地储存废物中的氧，这些活性氧可在较低的温度下参与甲苯的催化氧化。同时铈氧化物特别是铈铕氧化物具有特定的晶体结构，其表面具有丰富的氧空缺位。如果将CeO2-Eu2O3混合氧化物作为载体，可通过其表面的氧空缺位与活性金属组分相结合，稳定活性金属在载体上的分散，制备出高分散度的负载型单原子贵金属催化剂。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种负载型单原子Pt催化剂及其制备方法和应用，本专利技术的制备方法成本低廉、步骤简单、重复性较好且易于大批量生产，制得的催化剂，活性组分Pt以原子级形式均匀分散在CeO2/Eu2O3复合载体上，用于催化氧化甲苯为二氧化碳和水的反应中，表现出高活性、高稳定性、起燃温度低的特点。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种负载型单原子Pt催化剂，包括载体和活性组分，所述载体为CeO2/Eu2O3复合载体，所述活性组分为贵金属Pt，所述贵金属Pt以原子级形式均匀分散在所述CeO2/Eu2O3复合载体上。优选地，所述CeO2/Eu2O3复合载体中，Eu2O3含量为1～10wt％。优选地，所述Pt的负载量为0.08～0.8wt％。上述负载型单原子Pt催化剂的制备方法，包括以下步骤：将Ce、Eu、Pt的前驱体经过一步水热反应，所得产物经过滤、洗涤、干燥、焙烧后在氢气中还原，得到负载型单原子Pt催化剂。优选地，所述负载型单原子Pt催化剂的制备方法，具体包括如下步骤：将沉淀剂溶液滴加到含铈盐、铕盐、铂盐的金属盐溶液中，搅拌均匀后，进行水热反应，所得产物经过滤、洗涤、干燥、焙烧后在氢气中还原，得到负载型单原子Pt催化剂。优选地，所述铈盐、铕盐、铂盐分别为铈、铕、铂的可溶性盐。优选地，所述铈盐、铕盐、铂盐的质量比为1：(0.01～0.1)：(0.001～0.01)。优选地，所述含铈盐、铕盐、铂盐的混合溶液的浓度为10～50g/L。优选地，所述沉淀剂为六次甲基四胺或尿素。优选地，所述沉淀剂溶液的浓度为50～150g/L。优选地，所述滴加速率为1～10mL/min。优选地，所述搅拌速率为400～600rpm，搅拌时间为0.5～2.0h。优选地，所述水热温度为80～100℃，水热时间为50～80h。优选地，所述干燥温度为40～80℃，干燥时间为8～20h。优选地，所述焙烧过程中，程序升温速率为1～10℃/min；焙烧温度为400～500℃；焙烧时间为1～10h。优选地，所述还原过程中，氢气流速为10～50mL/min；程序升温速率为1～10℃/min；还原温度为100～300℃；还原时间为1～10h。上述制备方法涉及溶液时所用的溶剂均为水。本专利技术还提供一种催化氧化去除甲苯的方法，在负载型单原子Pt催化剂的作用下，催化氧化甲苯为二氧化碳和水。优选地，所述催化氧化去除甲苯的方法，具体包括如下步骤：将待处理甲苯和空气的混合气体通入采用所述负载型单原子铂催化剂的固定床反应器，在常压，180℃～250℃，空速为10000～100000h-1条件下，将甲苯完全催化氧化为二氧化碳和水。优选地，所述待处理甲苯气体的体积浓度为500～1000ppm。本专利技术与现有技术相比具有以下优点和效果：1、本专利技术的催化剂，以CeO2和Eu2O3作为复合载体，以Pt作为活性组分，CeO2和Eu2O3表面的氧空缺位与Pt相结合，稳定Pt在CeO2/Eu2O3上的分散，使得Pt呈单原子分散状态；同时CeO2/Eu2O3具有优越的储氧能力，能够有效地储存废物中的氧，并大量释放出活性氧，这些活性氧能够为活性组分Pt有效的传递活性氧原子或者电子，促进催化氧化反应有效的进行；单原子分散状态的Pt原子利用率高，其与CeO2/Eu2O3的协同作用，有效降低了贵金属Pt的使用量，提高催化剂在180～250℃的低温下完全催化氧化甲苯为无毒的二氧化碳和水的催化活性和稳定性。2、本专利技术的制备方法，将Pt、Eu、Ce的前驱体经过一步水解反应后，再经过焙烧处理，使得Pt2+均匀分散在富含氧空缺位的CeO2/Eu2O3上，最后经过氢气还原，将均匀分散在CeO2/Eu2O3上的Pt2+还原成原子级尺寸的Pt，组成单原子结构的Pt催化剂。本专利技术的制备方法成本低廉、步骤简单、重复性较好且易于大批量生产。附图说明图1是本专利技术具体实施方式中实施例3制备的催化剂催化氧化甲苯活性。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术做进一步详细地说明。本专利技术的一种负载型单原子Pt催化剂，包括载体和活性组分，所述载体为CeO2/Eu2O3复合载体，所述活性组分为贵金属Pt，所述贵金属Pt以原子级形式均匀分散在所述CeO2/Eu2O3复合载体上。优选地，所述CeO2/Eu2O3复合载体中，Eu2O3的含量为1～10wt％，例如可以是1wt％、2wt％、3wt％、4wt％、5wt％、6wt％、7wt％、8wt％、9wt％、10wt％。优选地，所述Pt的负载量为0.08～0.8wt％，例如可以是0.08wt％、0.1wt％、0.2wt％、0.3wt％、0.4wt％、0.5wt％、0.6wt％、0.7wt％、0.8wt％。上述负载型单原子Pt催化剂的制备方法，包括以下步骤：将Ce、Eu、Pt的前驱体经过一步水热反应，所得产物经过滤、洗涤、干燥、焙烧后在氢气中还原，得到负载型单原子Pt催化剂。...

【技术保护点】
1.一种负载型单原子Pt催化剂，包括载体和活性组分，所述活性组分为贵金属Pt，其特征在于，所述载体为CeO

【技术特征摘要】
1.一种负载型单原子Pt催化剂，包括载体和活性组分，所述活性组分为贵金属Pt，其特征在于，所述载体为CeO2/Eu2O3复合载体，所述贵金属Pt以原子级形式均匀分散在所述CeO2/Eu2O3复合载体上。


2.根据权利要求1所述的负载型单原子Pt催化剂，其特征在于，所述CeO2/Eu2O3复合载体中，Eu2O3含量为1～10wt％；所述负载型单原子Pt催化剂中，Pt的负载量为0.08～0.8wt％。


3.根据权利要求1或2所述的负载型单原子Pt催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将Ce、Eu、Pt的前驱体经过一步水热反应，所得产物经过滤、洗涤、干燥、焙烧后在氢气中还原，得到负载型单原子Pt催化剂。


4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：将沉淀剂溶液滴加到含铈盐、铕盐、铂盐的金属盐溶液中，搅拌均匀后，进行水热反应，所得产物经过滤、洗涤、干燥、焙烧后在氢气中还原，得到负载型单原子Pt催化剂。


5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述铈盐、铕盐、铂盐分别为铈、铕、铂的可溶性盐；所述沉淀剂为六次甲基四胺或尿素；所述铈盐、铕盐、铂盐的质量比为1：(0.01～0.1)：(0.001～0.01)。


6.根据权利要求4...

【专利技术属性】
技术研发人员：关超阳，郭文雅，郎嘉良，黄翟，
申请(专利权)人：北京氦舶科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京;11