一种复合催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种复合催化剂及其制备方法和应用。该复合催化剂包括活性金属相和氧化物基体相，活性金属相弥散分布于氧化物基体相表面；其中：活性金属相为贵金属单质；活性金属相的粒径为2

【技术实现步骤摘要】
一种复合催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种复合催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着人们生活水平的不断提高，工业化的脚步不断加快，人们赖以生存的生活环境也在不断地在遭受污染，对人们的健康和安全造成了威胁。例如，汽车排放的废气，各种石油化工产品，房屋装修所使用的油漆涂料以及一些日常生活用品，都会产生化合物污染环境。因此，控制污染物的排放，净化环境，降低环境中的污染物，成为了科研人员的关注焦点。
[0003]而在环境污染物的降解中，通过催化降解作用降解化合物越来越受到科研人员的关注。研究发现，羟基自由基(
·
OH)的氧化电位很高，可以降解很多难降解的化合物，且降解速率快，可应用的范围也很广泛。研究人员利用纳米半导体材料作为污染物降解过程中的光催化剂，将光能转化为电位能，产生大量的
·
OH，从而将污染物转化为水和CO2，实现污染物的降解。
[0004]纳米半导体材料TiO2具有价格低廉，无毒，反应条件温和，催化活性高等一系列特点，是现如今最具有应用前景的环境材料之一。但是当TiO2作为光催化剂用于挥发性有机化合物(VOCs)的降解时，由于中间产物在催化剂表面的附着作用，存在降解效率不高，稳定性差等缺点。
[0005]因此，现阶段如何提高TiO2作为光催化剂的降解效率，并保持其催化降解的稳定性，仍然是本领域亟待解决的技术问题之一。
[0006]此外，TiO2的光响应范围位于紫外区，紫外光会产生臭氧，也属于空气污染物的一种，但是同时，臭氧也具有强氧化性，因此，合理地利用臭氧的强氧化性，同样可以达到降解污染物的目的。
[0007]现阶段，一般采用离子掺杂、贵金属沉积、半导体复合、表面光敏化及络合物作用等方法对TiO2进行改性，从而提高TiO2的光催化活性。其中，贵金属沉积法被认为是有效提高TiO2催化活性的方法之一。由于贵金属和半导体材料的费米能级不同，当贵金属负载在半导体材料上时，光催化半导体材料上的电子会运动到贵金属上，直至二者费米能级相同，从而有效的抑制光催化半导体上的电子和空穴的复合，提高了催化效率。
[0008]研究发现，Pt、Ag等贵金属能有效地捕捉光催化半导体上的光生电子，因此，通常在光催化半导体上负载Pt、Ag等贵金属来对其进行改性。
[0009]TiO2通过与半导体材料复合，同样可以提高系统内光生载流子的分离速率，抑制光生电子和空穴的复合，半导体材料MnO2不仅可以和TiO2复合形成异质结构，极大的提高TiO2的催化活性，还可以分解光照过程中产生的臭氧，通过将臭氧分解生成具有氧化性的超氧自由基(
·
O2‑
)，进一步用来分解VOCs。
[0010]然而，贵金属纳米颗粒在TiO2等材料表面难以均匀分布，导致催化效率低下。而现有的高能机械球磨法、化学/物理气相沉积法、化学沉淀法、喷雾法、水解法、溶胶一凝胶法
等方法，大部分都不能够完全实现纳米颗粒分散均匀、粒径可控，且生产设备复杂、难以工业化。
[0011]因此，如何进一步改善贵金属纳米颗粒在TiO2等材料表面的分布是本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0012]本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术中TiO2催化剂使用效率低、用量高，且贵金属纳米颗粒在其表面分布不均的缺陷，而提供了一种负载贵金属的复合催化剂及其制备方法和应用。与纯TiO2光催化剂相比，本专利技术中的负载贵金属的复合催化剂(例如Pt/TiO2/MnO2光催化剂)减少了催化剂的用量，极大地提高了催化剂的使用效率；并且该复合催化剂的制备方法操作简单，产量大，易于放大制备，且贵金属(例如Pt)的粒径可控。
[0013]本专利技术设计思路如下：
[0014]本专利技术通过调节NaBH4的浓度以及转速等工艺参数，达到了贵金属(例如Pt)纳米颗粒(例如2
‑
3nm)均匀地负载在基体相上的技术效果，提升了催化剂的催化效率。
[0015]具体方法可如下：
[0016]将含Ti的氧化物(例如TiO2)和含Mn的氧化物(例如MnO2)在介质(例如去离子水)中分散，加入分散剂(例如PVP
‑
K30)，再加入含贵金属的盐溶液(例如氯铂酸溶液)作为贵金属(例如Pt)的前驱体，通过NaBH4溶液的还原性，将贵金属(例如Pt)沉积到基体相(例如TiO2/MnO2复合材料)上，再经过离心洗涤，得到负载贵金属的复合催化剂，例如Pt/TiO2/MnO2光催化剂。
[0017]本专利技术提供了一种复合催化剂，所述复合催化剂包括活性金属相和氧化物基体相，所述活性金属相弥散分布于所述氧化物基体相表面；其中：
[0018]所述活性金属相为贵金属单质；
[0019]所述活性金属相的粒径为2
‑
20nm。
[0020]本专利技术中，所述贵金属单质可为本领域常规的具有催化活性的贵金属单质，例如Ir(铱)、Ru(钌)、Pt(铂)、Pd(钯)和金(Au)中的一种或多种，再例如Pt。
[0021]本专利技术中，所述活性金属相的粒径可为2
‑
3nm，例如3nm。
[0022]本专利技术中，所述氧化物基体相可为含有多变价态的一元金属氧化物，例如含Ti的氧化物和/或含Mn的氧化物。
[0023]其中，所述含Ti的氧化物可为TiO2。
[0024]其中，所述含Mn的氧化物可为MnO2。
[0025]当所述氧化物基体相中包含含Ti的氧化物和含Mn的氧化物时，所述含Ti的氧化物和所述含Mn的氧化物的质量比可为10：(0.1
‑
2)，例如10:0.5、10:1或10:1.5。
[0026]本专利技术中，所述的复合催化剂中，所述活性金属相的含量可为0.5
‑
2wt％，例如1wt％，wt％是指重量百分比。
[0027]例如，当所述复合催化剂为Pt/TiO2/MnO2催化剂时，Pt的含量可为0.5
‑
2wt％，例如1wt％。
[0028]本专利技术还提供了一种复合催化剂的制备方法，其包括以下步骤：
[0029]将含NaBH4溶液滴加到混合液中C中得混合液D，经搅拌反应，即得所述复合催化
剂；其中：
[0030]所述混合液C中包括：氧化物基体相、分散剂、含贵金属的盐和溶剂；所述溶剂可溶解所述含贵金属的盐；
[0031]所述混合液D中，NaBH4的浓度为(1.0
‑
2.5)*10
‑4g/ml；
[0032]所述反应中，搅拌的转速为≥500rpm。
[0033]本专利技术中，所述含贵金属的盐中的贵金属可为本领域常规的具有催化活性的贵金属，例如Ir(铱)、Ru(钌)、Pt(铂)、Pd(钯)和金(Au)中的一种或多种，再例如Pt。
[0034]本专利技术中，所述含贵金属的盐可为含Pt的盐，例如氯铂酸。
[0035]本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合催化剂，其特征在于，所述复合催化剂包括活性金属相和氧化物基体相，所述活性金属相弥散分布于所述氧化物基体相表面；其中：所述活性金属相为贵金属单质；所述活性金属相的粒径为2
‑
20nm。2.如权利要求1所述的复合催化剂，其特征在于，所述复合催化剂满足下述条件中的一种或多种：
①
所述贵金属单质为Ir、Ru、Pt、Pd和金中的一种或多种，例如Pt；
②
所述活性金属相的粒径为2
‑
3nm，例如3nm；
③
所述氧化物基体相为含Ti的氧化物和/或含Mn的氧化物；其中：所述含Ti的氧化物可为TiO2，所述含Mn的氧化物可为MnO2；当所述氧化物基体相中包含含Ti的氧化物和含Mn的氧化物时，所述含Ti的氧化物和所述含Mn的氧化物的质量比可为10：(0.1
‑
2)，例如10:0.5、10:1或10:1.5；和
⑤
所述复合催化剂中，所述活性金属相的含量为0.5
‑
2wt％，例如1wt％。3.一种复合催化剂的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：将含NaBH4溶液滴加到混合液中C中得混合液D，经搅拌反应，即得所述复合催化剂；其中：所述混合液C中包括：氧化物基体相、分散剂、含贵金属的盐和溶剂；所述溶剂可溶解所述含贵金属的盐；所述混合液D中，NaBH4的浓度为(1.0
‑
2.5)*10
‑4g/ml；所述反应中，搅拌的转速为≥500rpm。4.如权利要求3所述的复合催化剂的制备方法，其特征在于，所述的复合催化剂的制备方法满足下述条件中的一种或多种：
①
所述含贵金属的盐中的贵金属为Ir、Ru、Pt、Pd和金中的一种或多种，例如Pt；或者，所述含贵金属的盐为含Pt的盐，例如氯铂酸；
②
所述氧化物基体相为含Ti的氧化物和/或含Mn的氧化物；其中：所述含Ti的氧化物可为TiO2，所述含Mn的氧化物可为MnO2；当所述氧化物基体相中包含含Ti的氧化物时，所述混合液D中，所述含Ti的氧化物的浓度可为0.01
‑
0.05g/ml，例如0.023077g/ml；当所述氧化物基体相中包含含Mn的氧化物时，所述混合液D中，所述含Mn的氧化物的浓度可为0.0001
‑
0.01g/ml，例如0.001154g/ml；当所述氧化物基体相中包含含Ti的氧化物和含Mn的氧化物时，所述含Ti的氧化物和所述含Mn的氧化物的质量比可为10：(0.1
‑
2)，例如10:0.5、10:1或10:1.5；
③
所述氧化物基体相的粒径为40
‑
100nm；
④
所述分散剂为PVP
‑
K30；
⑤
所述溶剂为水；和
⑥
所述滴加的速度为1
‑
10ml/min，例如5ml/min。5.如权利要求3所述的复合催化剂的制备方法，其特征在于，所述的复合催化剂的制备方法满足下述条件中的一种或多种：
...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡彦杰，江浩，李春忠，季兵，彭秋梅，鞠杰，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：