二氧化钛负载钌催化剂、制备方法和卤代有机物处置应用技术

本公开提供了一种二氧化钛负载钌催化剂、制备方法和应用，属于有机污染物处置和纳米材料制备技术领域，其中二氧化钛负载钌催化剂包括：作为载体的高比例201晶面暴露的锐钛矿相二氧化钛，其中锐钛矿相二氧化钛的201晶面暴露率为60％

【技术实现步骤摘要】
二氧化钛负载钌催化剂、制备方法和卤代有机物处置应用


[0001]本公开属于有机污染物处理和纳米材料制备
，尤其涉及一种二氧化钛负载钌催化剂、制备方法和卤代有机物处置应用。

技术介绍

[0002]有机物污染物是指造成环境污染和对生态系统产生有害影响的有机化合物。卤代有机物作为一类毒性较高、难降解有机污染物不可避免地在制药行业、二次有色金属冶炼行业及焦化行业中排放，并成为有机污染物控制的难点。大部分卤代有机物对人体健康有影响，甚至存在致癌风险。因此，对卤代有机物的高效处置成为环境领域高度关注的问题之一。目前，针对卤代有机污染物的处置技术主要包括：焚烧法、冷凝法、光解法、吸附法和吸收法等，这些技术存在许多不足，如成本较高，去除率较低，反应周期较长，不能彻底降解卤代有机污染物等。催化降解技术因其催化活性较高、催化剂制备过程较为简单及成本较低等特点，在卤代有机污染物的处置应用中引起广泛关注，然而催化降解技术因催化剂易发生卤素中毒问题而被广泛关注。
[0003]钌(Ru)作为一种与金、铂、钯相比更廉价的贵金属可通过迪肯(Deacon)反应有效地将氯物种转化为氯气，而实现氯物种从催化剂表面的有效脱除，避免了催化剂因氯中毒而失活，被广泛应用于卤代有机污染物的催化降解。然而，在将钌催化剂应用于含卤代有机污染物工业废气处理的实际过程中，常因含有水分，致使水分与有机污染物争夺二氧化钛上的活性位点而导致催化剂催化效果不强，以及现有的钌催化剂在卤代有机污染物热解催化降解过程中存在降解不彻底，致使产生较多毒性较高的多卤代苯副产物等问题，制约了钌催化剂广泛应用于卤代有机污染物的处置过程中。

技术实现思路

[0004]针对上述技术问题，本公开提供了一种二氧化钛负载钌催化剂、制备方法和卤代有机物处置应用，以期至少部分地解决上述技术问题。
[0005]作为本公开的第一个方面，提供了一种二氧化钛负载钌催化剂，包括：
[0006]作为载体的高比例201晶面暴露的锐钛矿相二氧化钛，其中锐钛矿相二氧化钛的201晶面暴露率为60％
‑
100％；和
[0007]负载在高比例201晶面暴露的锐钛矿相二氧化钛上的钌物种，钌物种包括钌单原子、钌纳米团簇和钌纳米颗粒。
[0008]作为本公开的第二个方面，提供了一种二氧化钛负载钌催化剂制备方法，包括：
[0009]在搅拌状态下，将水溶性钌盐加入到高比例201晶面暴露的锐钛矿相二氧化钛水溶液中，得到混合溶液；
[0010]在搅拌状态下，将硼氢化钠溶液注射到混合溶液中进行反应，得到高比例201晶面暴露的锐钛矿相二氧化钛负载钌催化剂。
[0011]作为本公开的第二个方面，提供了一种在处理卤代有机污染物的应用，包括：采用
上述实施例中的催化剂，其中卤代有机污染物选自氯苯。
[0012]基于上述技术方案，本公开提供的一种二氧化钛负载钌催化剂、制备方法和卤代有机物处置应用，至少包括以下有益效果之一：
[0013](1)根据本公开的实施例，选用高比例201晶面暴露的锐钛矿相二氧化钛作为催化剂载体，利用高比例201晶面具有较高表面能的特点，其能够与金属发生更强的金属
‑
载体相互作用，增强了催化剂表面电子转移和氧化还原稳定性，而且高比例201晶面具有独特的表面形貌和表面上存在一些缺陷位点(如氧空位、Ti
3+
缺陷)，能够使钌物种均匀负载在其表面上并提高了钌活性位点的数量；以致于将钌负载在其表面以后，所获得的二氧化钛负载钌催化剂具有较高的反应活性和稳定性。
[0014](2)根据本公开的实施例，本公开提供的二氧化钛负载钌催化剂的制备方法较为简单，钌分散度较高，且钌物种能够以单原子、纳米团簇和纳米颗粒多种形式存在，提高了钌物种的催化活性。
[0015](3)根据本公开的实施例，本公开提供的二氧化钛负载钌催化剂、应用于卤代有机污染物处置中，该催化剂具有良好的氧化性、抗氯性能、耐水性，且无有害副产物产生。
附图说明
[0016]图1a为本公开实施例中高比例201晶面暴露的锐钛矿相二氧化钛的扫描电子显微镜图；
[0017]图1b为本公开实施例中高比例201晶面暴露的锐钛矿相二氧化钛负载钌催化剂局部放大20nm尺度下的高角度环形暗场扫描透射电子显微镜图；
[0018]图1c为本公开实施例中高比例201晶面暴露的锐钛矿相二氧化钛负载钌催化剂局部放大5nm尺度下的高角度环形暗场扫描透射电子显微镜图；
[0019]图1d为本公开实施例中高比例201晶面暴露的锐钛矿相二氧化钛负载钌催化剂局部放大20nm尺度下的高角度环形暗场扫描透射电子显微镜元素映射图；
[0020]图2为本公开实施例1和对比例1中催化剂在不同温度下对氯苯热催化降解效率对比图；
[0021]图3为本公开实施例1和对比例1催化剂在300℃的降解效率稳定性测试结果图；
[0022]图4为本公开实施例中不同晶面暴露的锐钛矿相二氧化钛负载钌催化剂在300℃、5vol.％水汽下降解氯苯效率的稳定性测试结果图；
[0023]图5A为本公开实施例1和对比例1中催化剂降解氯苯过程中降解产物定量分布图；
[0024]图5B为本公开对比例2中催化剂降解氯苯过程中降解产物定量分布图。
具体实施方式
[0025]为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本公开作进一步的详细说明。
[0026]针对当前卤代有机污染物处置过程中通常含有水分，致使水分与有机污染物争夺二氧化钛上的活性位点而导致催化剂催化效果不强，以及钌负载型催化剂在卤代有机污染物热催化降解过程中存在降解不彻底，产生毒性更高的多卤代苯副产物等问题，本公开提出了一种二氧化钛负载钌催化剂。钌作为活性组分是一方面，催化剂载体的选择也至关重
要。二氧化钛(TiO2)作为一种化学性质稳定，无毒且廉价易得的材料，被广泛用作催化剂载体，而且二氧化钛本身具有多种特定晶面，如201晶面、101晶面、001晶面等。特定晶面的二氧化钛具有不同的表面钛原子密度、Ti
‑
O
‑
Ti键键角、表面能等，而表现出不同的化学性质和反应活性。通过将贵金属钌负载于特定晶面暴露的二氧化钛上，有望实现卤代有机污染物的稳定高效降解，然而特定晶面二氧化钛负载钌催化剂的制备仍存在着挑战，且其在卤代有机污染物处置中的应用鲜有报道。
[0027]有鉴于此，本公开提出了制备高比例201晶面暴露的锐钛矿相二氧化钛，并将钌负载于所制备的201晶面暴露的二氧化钛载体上，系统探究其在难降解卤代有机污染物热催化降解中的独特性能。
[0028]具体地，作为本公开的第一个方面提供了一种二氧化钛负载钌催化剂包括：作为载体的高比例201晶面暴露的锐钛矿相二氧化钛，其中锐钛矿相二氧化钛的201晶面暴露率为60％
‑
100％；和负载在高比例201晶面暴露的锐钛矿相二氧化钛上的钌物种，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二氧化钛负载钌催化剂，包括：作为载体的高比例201晶面暴露的锐钛矿相二氧化钛，其中所述锐钛矿相二氧化钛的201晶面暴露率为60％
‑
100％；和负载在所述高比例201晶面暴露的锐钛矿相二氧化钛上的钌物种，所述钌物种包括钌单原子、钌纳米团簇和钌纳米颗粒。2.根据权利要求1所述的催化剂，其中，钌负载量为0.1
‑
3wt％，所述钌物种的粒径为0.1
‑
20nm。3.根据权利要求1所述的催化剂，其中，所述高比例201晶面暴露的锐钛矿相二氧化钛具有0.5
‑
3μm的尺寸。4.一种制备权利要求1
‑
3中任一项所述催化剂的方法，包括：在搅拌状态下，将水溶性钌盐加入到高比例201晶面暴露的锐钛矿相二氧化钛水溶液中，得到混合溶液；在搅拌状态下，将硼氢化钠溶液注射到所述混合溶液中进行反应，得到高比例201晶面暴露的锐钛矿相二氧化钛负载钌催化剂。5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述水溶性钌盐选为RuCl3·
xH2O、Ru(NO)(NO3)3、Ru(NO)(OOCCH3)3，RuCl3NO
·
H2O中任意一种。6.根据权利要求4所述的方法，其中，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏贵金，孙博华，李倩倩，吴明鸽，
申请(专利权)人：中国科学院生态环境研究中心，
类型：发明
国别省市：