一种低铂合金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低铂合金催化剂及其制备方法和应用。该催化剂的制备方法为：将乙酰丙酮与氯化亚铂通过配位反应Ⅰ，得到铂中间体；将乙酰丙酮与过渡金属氧化物通过配位反应Ⅱ，得到过渡金属中间体；将载体置于含有助催化剂金属盐的糖类溶液中浸渍后，进行煅烧，得到半成品催化剂；4)将半成品催化剂与包含铂中间体、过渡金属中间体、还原剂、基料在内的混合溶液混合进行分段负载后，再煅烧，即得。该催化剂具有丰富的活性位点，稳定性和催化性能优异，其合金与基层金属氧化物催化助剂协同作用大大提高了催化活性，可用于催化氧化工业园区污染空气，且制备方法简单，成本低廉。成本低廉。成本低廉。

【技术实现步骤摘要】
一种低铂合金催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种催化剂，具体涉及一种低铂合金催化剂，还涉及其制备方法和应用，属于催化剂制备


技术介绍

[0002]随着人类社会的进步，工业溶剂、化石燃料以及室内装饰材料的使用日益增加，使丙酮、甲苯、苯、乙酸乙酯等挥发性有机物的排放量急剧上升，威胁人类健康，破坏臭氧和生态环境，空气污染问题日益严重。目前常用的降解方法有催化氧化、吸附和浓缩，其中催化氧化因能耗低、净化效率高、适用性强等特点广受关注，而降低催化剂成本、提高催化效率、简便催化剂制备过程更是研究的重点。
[0003]目前常用的催化剂分为贵金属催化剂和非贵金属催化剂，贵金属催化剂以铂、钯、铑等为代表，在较低的温度就能达到100％转化率，但成本高昂遏制其广泛利用。非贵金属催化剂一般为过渡金属氧化物，其原料来源广泛，成本低廉，但其催化效率相对贵金属差很多。目前已合成很多贵金属和非贵金属结合的催化剂，但仅限于实验室阶段无法大规模工业化量产并实际应用。
[0004]堇青石蜂窝陶瓷载体是催化领域常用的催化剂载体，比表面积较小，一般采用涂敷法在载体上先制备氧化物(TiO2、SiO2、Al2O3)、沸石分子筛、炭材料等涂层作为第二载体，为活性组分的附着提供高的比表面积，再进行活性组分的负载，但涂敷法无法负载大尺寸的活性组分，或者负载过程中需要添加大量粘结剂，限制了活性位点的有效暴露，降低了实验室催化剂的工业化生产后的催化效率，而且容易掉粉使大颗粒脱落。

技术实现思路

[0005]针对现有催化剂技术存在的制备方法复杂、成本高，催化效率低等不足，本专利技术的第一个目的是在于提供一种低铂合金催化剂。该催化剂包含附着紧实且分布均匀的多孔碳掺杂金属氧化物基层，其中，表层低铂合金均匀分散在孔内，负载稳固不易脱落，具有优异的稳定性和催化活性。
[0006]本专利技术的第二个目的是在于提供一种低铂合金催化剂的制备方法。该方法简单，原料易得，成本低廉，适合工业规模化生产。
[0007]本专利技术的第三个目的是在于提供一种低铂合金催化剂的应用。该催化剂应用于催化氧化工业有机废气时，其通过合金与基层金属氧化物催化助剂协同作用大大提高了催化效率。
[0008]为了实现上述技术目的，本专利技术提供了一种低铂合金催化剂的制备方法，该方法包括以下步骤：
[0009]1)将乙酰丙酮与氯化亚铂通过配位反应Ⅰ，得到铂中间体；
[0010]2)将乙酰丙酮与过渡金属氧化物通过配位反应Ⅱ，得到过渡金属中间体；
[0011]3)将载体置于含有助催化剂金属源的糖类溶液中浸渍后，进行煅烧I，得到半成品
催化剂；
[0012]4)将半成品催化剂置于包含铂中间体、过渡金属中间体、还原剂、基料及有机溶剂在内的混合溶液中分段热还原负载处理后，进行煅烧II，即得。
[0013]本专利技术采用糖溶液作为前驱体促进形成紧致多孔碳，增大比表面积，提供更多金属附着点，使有效活性位点分布更均匀，采用分段加热负载方式将铂、过渡金属还原形成合金直接负载于催化剂表面，提高负载量及稳定性，其中，合金与基层金属氧化物催化助剂协同作用能够大大提升催化活性。
[0014]首先，在半成品催化剂制备过程中，糖类受热后粘度大，高温状态下容易变糊，加热冒出气泡产生，产生水蒸气和二氧化碳，利用糖类该特性，通过糖类溶液加热，形成的轻薄致密的多孔碳层网络对纳米级合金有很强的吸附能力，而且有效提高载体比表面积，使后续合金可均匀分布于孔内，牢固负载；助催化剂金属盐高温反应后形成相应金属氧化物CeO2和Al2O3，CeO2具有丰富的晶格氧，可实现Ce
3+
和Ce
4+
的快速转变，有利于提高后续形成的合金的氧化还原反应速率，进而提高催化性能。Al2O3具有较高的比表面积，可提高载体比表面积使CeO2和合金更加有效的暴露活性位点。
[0015]其次，本专利技术分段加热可有效提高合金合成成功率，前段加热有利于前驱体分解更加充分的分散到碳网络孔中，铂中间体和过渡金属中间体经第一段加热逐渐熔化，中间体上的甲基基团容易被吸附到碳载体表面，使中间体有效成分大多分布于碳网络孔周围，再在第二段加热过程中通过还原剂作用，将金属离子共还原为金属合金直接嵌在载体表面，同时加入的基料在溶液中溶解，提高黏度，最后与煅烧形成的碳和步骤3)中的多孔碳网络互相嵌合，从而使合金负载更加牢固且负载量更高。
[0016]作为一个优选的方案，所述配位反应Ⅰ的过程为：将乙酰丙酮和促进剂加入至酸性氯化亚铂溶液中，在50～80℃温度下，反应0.5～2h，调节pH至碱性，优选的pH值为9～11，析出铂中间体。该过程中，加入微量促进剂可降低溶液挥发温度点，加速溶液挥发，可缩短反应时间。
[0017]作为一个优选的方案，所述配位反应Ⅰ在惰性气氛中进行。所述惰性气氛为氩气。所述酸性氯化亚铂溶液的pH为2～4。所述酸性氯化亚铂溶液的pH采用包括醋酸、盐酸、硫酸中的至少一种酸调节。
[0018]作为一个优选的方案，控制氯化亚铂溶液在50～80℃温度下保持0.5～1.5h后再加入乙酰丙酮和促进剂。
[0019]作为一个优选的方案，所述促进剂包括四氯化碳、氯仿、三氯乙烯、四氯乙烷中至少一种。
[0020]作为一个优选的方案，所述促进剂与乙酰丙酮的摩尔比为1:20～90，进一步优选为1:40～80。
[0021]作为一个优选的方案，所述氯化亚铂溶液的摩尔浓度为0.5～5M。
[0022]作为一个优选的方案，所述乙酰丙酮与氯化亚铂溶液中的氯化亚铂的摩尔比为1.5～5:1，进一步优选为2～4:1。相对于与理论反应量，稍微过量的乙酰丙酮有利于反应氯化亚铂彻底反应。
[0023]作为一个优选的方案，所述配位反应Ⅱ的过程为：将过渡金属氧化物和晶体成型剂加入至乙酰丙酮中，在40～80℃温度下搅拌回流，反应1～3h，得到过渡金属中间体。该过
程中，添加晶体成型剂可以破环碳氧双键，降低反应所需能量，使反应金属氧化物中间体更加容易形成。
[0024]作为一个优选的方案，所述配位反应Ⅱ在惰性气氛中进行。所述惰性气氛为氩气。
[0025]作为一个优选的方案，所述乙酰丙酮加热至40～80℃，回流1～3h后，再加入过渡金属氧化物和晶体成型剂。
[0026]作为一个优选的方案，所述过渡金属氧化物与乙酰丙酮的摩尔比为1:2～6。
[0027]作为一个优选的方案，所述过渡金属氧化物与晶体成型剂的摩尔比为20～80：1。
[0028]作为一个优选的方案，所述晶体成型剂包括四氢呋喃和/或二甲基甲酰胺。
[0029]作为一个优选的方案，所述过渡金属氧化物包括Fe2O3和/或Co2O3。
[0030]作为一个优选的方案，所述助催化剂金属源为含有铈和/或铝的化合物。
[0031]作为一个优选的方案，所述助催化剂金属源在糖类溶液中的摩尔浓度为0.02～0.2M，进一步优选为0.03～0.1M。控本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低铂合金催化剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：1)将乙酰丙酮与氯化亚铂通过配位反应Ⅰ，得到铂中间体；2)将乙酰丙酮与过渡金属氧化物通过配位反应Ⅱ，得到过渡金属中间体；3)将载体置于含有助催化剂金属源的糖类溶液中浸渍后，进行煅烧I，得到半成品催化剂；4)将半成品催化剂置于包含铂中间体、过渡金属中间体、还原剂、基料及有机溶剂在内的混合溶液中分段热还原负载处理后，进行煅烧II，即得。2.根据权利要求1所述的一种低铂合金催化剂的制备方法，其特征在于：所述配位反应Ⅰ的过程为：将乙酰丙酮和促进剂加入至酸性氯化亚铂溶液中，在50～80℃温度下，反应0.5～2h，调节pH至碱性，析出铂中间体。3.根据权利要求1或2所述的一种低铂合金催化剂的制备方法，其特征在于：所述氯化亚铂溶液的摩尔浓度为0.5～5M；所述乙酰丙酮与氯化亚铂溶液中的氯化亚铂的摩尔比为1.5～5:1；所述促进剂包括四氯化碳、氯仿、三氯乙烯、四氯乙烷中至少一种；所述促进剂与乙酰丙酮的摩尔比为1:20～90。4.根据权利要求1所述的一种低铂合金催化剂的制备方法，其特征在于：所述配位反应Ⅱ的过程为：将过渡金属氧化物和晶体成型剂加入至乙酰丙酮中，在40～80℃温度下，反应1～3h，得到过渡金属中间体。5.根据权利要求1或4所述的一种低铂合金催化剂的制备方法，其特征在于：所述过渡金属氧化物与乙酰丙酮的摩尔比为1:2～6；所述过渡金属氧化物与晶体成型剂的摩尔比为20～80:1；所述晶体成型剂包括四氢呋喃和/或二甲基甲酰胺；所述过渡金属氧化物包括Fe2O3和/或Co2O3。6.根据权利要求1所述的一种低铂合金催化剂的制备方法，其特征在于：所述助催化剂金属源为含有铈和/或铝的化合物；所述助催化剂金属源在糖类溶液中的摩尔浓度为0.02～0.2M...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾政，李立清，管娟，徐翔，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：