一种低温催化氧化乙烯的铂锰基双金属催化剂制造技术

一种低温催化氧化乙烯的铂锰基双金属催化剂，属于催化化学与环境化学领域。将Pt

【技术实现步骤摘要】
一种低温催化氧化乙烯的铂锰基双金属催化剂
本专利技术涉及一种Pt-MnOx/TiO2纳米催化剂及其制备方法，具体涉及采用油相还原法制备尺寸均匀的Pt2Mn合金粒子，采用浸渍法将其负载到TiO2表面，随后灼烧后形成Pt-MnOx/TiO2结构。对乙烯氧化具有高催化活性的Pt-MnOx/TiO2纳米催化剂，属于催化化学与环境化学领域。
技术介绍
乙烯是一种小分子挥发性有机物，是世界上产量最大的化学产品之一，也是石油化工产业的核心。乙烯产品在国民经济中占有重要的地位。世界上已将其产量作为衡量一个国家石油化工发展水平的重要标志之一。在工业中，乙烯是合成纤维、合成橡胶、合成塑料(聚乙烯及聚氯乙烯)、合成乙醇(酒精)的基本化工原料，也可用于制造氯乙烯、苯乙烯、环氧乙烷、醋酸、乙醛、乙醇和炸药等，此外还可用作水果和蔬菜的催熟剂。但是，乙烯具有较强麻醉作用，人若吸入大量乙烯会立即失去意识。且乙烯会对水体、土壤和大气会造成污染，因此消除环境中的乙烯是十分必要的。并且在温室及果蔬储存场所果蔬也会释放乙烯，导致果蔬的腐败。因此，消除这些场所的乙烯也具有很大商业价值。随着催化技术和催化剂材料的发展，人们对乙烯的完全氧化进行了大量的研究工作。Michaele等(Z.Michaele,etal.,[J].A.Marca,Environ.Sci.Technol.,2000,34:5206)、Keller等(N.Keller,etal.,[J].Chem.Rev,2013,133:5029)和Thomas等(A.W.Thomas,etal.,[J]:J.Phys.Chem.C,2011,115:16537)在连续反应器中将乙烯在二氧化钛基材料上进行光催化氧化。然而，这些反应需要复杂的工作条件，且在室温或低于室温时消除乙烯的效率较低。此外，在上述报道中，臭氧被用作强氧化剂。然而，过量的O3会造成二次污染，必须有效地去除，此项额外的化学过程会增加工业应用的成本。Ahn等(H.G.Ahn,etal.,[J].Nanotechnol.2006,6:3599)利用沉积法制备了Au/Co3O4可以在165℃完全催化氧化乙烯。Li等(W.C.Li,etal.,[J].Chem.Eng.J.2016,293:243)将Co的氧化物负载在介孔C球上，在185℃可以完全催化氧化乙烯。但由于这些报道中完全氧化乙烯的温度过高，无法得到商业应用。Kumar等(D.Kumara,etal.,[J].Top.Catal.2007,46:169)利用动力学公式测算出Pd/SiO2在150～200℃可以完全催化氧化乙烯。Hao等(Z.P.Hao,etal.,[J].J.Am.Chem.Soc.2010,132:2608)将Au负载在Co3O4上，实现了在低温条件下完全催化氧化乙烯。Fukuoka等(A.Fukuoka,etal.,[J].Angew.Chem.Int.Ed.2013,52:6265)报道了将Pt纳米粒子负载在MCM-41上，在0℃可将乙烯完全催化氧化，但是由于催化剂表面易积碳而导致其稳定性较差。据我们所知，目前还没有文献报道过由Pt2Mn纳米晶来制备Pt-MnOx/TiO2催化剂的方法及其在催化氧化乙烯上的研究。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高效低温催化乙烯氧化的Pt-MnOx/TiO2纳米催化剂及其制备方法，具体涉及采用油相还原法制备Pt2Mn纳米晶，采用浸渍法将Pt2Mn纳米晶负载到商用TiO2载体上，随后经过灼烧形成Pt-MnOx/TiO2。上述的PtMn双金属纳米晶的特点在于制备得到的纳米晶尺寸均一，分散均匀，其制备主要包括以下步骤：(1)按照金属铂和锰的摩尔比为1:2投料：称取乙酰丙酮铂，将其加入由二苄醚、油胺和油酸组成的混合溶液中，搅拌5min，在氮气保护气氛中升温至265℃，搅拌10min，记为溶液A，其中每0.10mmol乙酰丙酮铂对应5mL二苄醚，3.68mL油胺和0.63mL油酸；称取十羰基二锰加入到油胺中，搅拌至完全溶解，记为溶液B，其中每0.10mmol十羰基二锰对应6mL油胺；将溶液A在氮气气氛中在265℃保温10min，此时将溶液B滴入溶液A中，在265℃反应1h，再降至室温，离心分离，用环己烷洗涤两次，得到尺寸均一的Pt2Mn双金属纳米晶。最后将离心得到的纳米粒子分散到环己烷中保存。(2)将得到的Pt2Mn双金属纳米晶采用等体积浸渍法负载到载体上，随后经过灼烧过程，得到Pt-MnOx/TiO2纳米催化剂。具体步骤如下：按照一定负载量计算出所需要的含有Pt2Mn双金属溶液的量，将一定量TiO2载体加入到量取的含有双金属纳米晶的环己烷溶液。搅拌浸渍8h，离心得到负载型催化剂。将得到的催化剂装入瓷舟置于马弗炉中，以5℃/min的速率从室温升至280-320℃优选300℃，并在该温度下保持6h，降温至室温得到Pt-MnOx/TiO2催化剂。Pt2Mn纳米晶负载到商用TiO2载体上，其中Pt2Mn纳米晶在TiO2载体上的负载量为1.4wt％-1.8wt％。本专利技术所得催化剂用于C2H4的催化氧化，具有优异的催化活性和稳定性。在C2H4浓度为100ppm、氧气含量为20％和空速为20000mL/(gh)的反应条件下，该催化剂的T90％(乙烯转化率达到90％时所需反应温度)为45℃。并且保持90％的转化率可以长达20h以上。本专利技术具有纳米粒子粒径均一，尺寸可控，制备过程简单等特征。本专利技术制备的Pt-MnOx/TiO2催化剂具有双金属粒子粒径均一和较好的结晶度的特点，且在载体表面呈高分散态，在催化领域具有良好的应用前景。利用D8ADVANCE型X射线衍射仪(XRD)、JEOL-2010型透射电子显微镜(TEM)和岛津GC-2010气相色谱(GC)等仪器测定所得催化剂的晶体结构、粒子形貌以及对乙烯的催化氧化活性。结果表明，采用本专利技术的方法所制得的各催化剂均具有较好的结晶度，Pt-MnOx纳米粒子在载体表面呈高分散态，双金属负载型催化剂对乙烯的催化氧化活性和稳定性相比较纯铂催化剂显著提高。附图说明图1为所制得Pt-MnOx/TiO2和Pt/TiO2催化剂的XRD谱图，其中曲线(a)和(b)分别为Pt和Pt2Mn纳米粒子的XRD谱图，(c)和(d)分别为Pt/TiO2和Pt-MnOx/TiO2的XRD谱图；图2为所制得的Pt-MnOx/TiO2和Pt/TiO2催化剂的TEM照片，其中图(A)、(B)、(C)和(D)分别为Pt2Mn粒子、Pt粒子、Pt-MnOx/TiO2和Pt/TiO2的TEM照片；图3为所制得Pt-MnOx/TiO2和Pt/TiO2催化剂对乙烯氧化的催化活性曲线。图4为所制得Pt-MnOx/TiO2和Pt/TiO2催化剂对乙烯氧化的催化稳定性曲线。具体实施方式下面以实施例作详细说明。为了进一步解释本专利技术，结合附图描述本专利技术得到对乙烯氧化具有优异催化活性的Pt-MnOx/本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高效低温催化乙烯氧化的Pt-MnO

【技术特征摘要】
1.一种高效低温催化乙烯氧化的Pt-MnOx/TiO2纳米催化剂，其特征在于，采用油相还原法制备Pt2Mn纳米晶，采用浸渍法将Pt2Mn纳米晶负载到商用TiO2载体上，随后经过灼烧形成Pt-MnOx/TiO2。


2.按照权利要求1所述的一种高效低温催化乙烯氧化的Pt-MnOx/TiO2纳米催化剂，其特征在于，Pt2Mn纳米晶负载到商用TiO2载体上，其中Pt2Mn纳米晶在TiO2载体上的负载量为1.4wt％-1.8wt％。


3.权利要求1或2所述的一种高效低温催化乙烯氧化的Pt-MnOx/TiO2纳米催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按照金属铂和锰的摩尔比为1:2投料：称取乙酰丙酮铂，将其加入由二苄醚、油胺和油酸组成的混合溶液中，搅拌5min，在氮气保护气氛中升温至265℃，搅拌10min，记为溶液A，其中每0.10mmol乙酰丙酮铂对应5mL二苄醚，3.68mL油胺和0.63mL油酸；称取十羰基二锰加入到油胺中，搅拌至完全溶解，记为溶液B，其中每0.10mmol十羰基二锰对应6mL油胺；将溶液A在氮气气氛中在265℃保温10min，此时将溶液...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴洪兴，陈美琦，刘雨溪，邓积光，敬林，侯志全，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11