【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于纳米催化材料，特别涉及一种高活性及高稳定性金属纳米粒子/mof-808催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
1、挥发性有机物(volatile organic compounds，vocs)是指常温下沸点为50～260℃的各类有机化合物。城市化和工业化的快速发展导致大量挥发性有机物的排放。挥发性有机物不仅会引起光化学烟雾等大气污染，同时也会严重影响到人类的身体健康。一氧化碳(co)是一种有害的无色、无味的气体，其高浓度暴露会导致呼吸系统问题甚至死亡。为了控制挥发性有机物和一氧化碳的排放，人们已经尝试了许多方法，比如通过物理和化学方法控制挥发性有机化合物的排放，包括吸附、生物过滤、光催化和催化氧化等等。其中，催化氧化是一种高效的技术，可在较温和的条件下将挥发性有机化合物催化转化为水、二氧化碳或者是毒性更小的物质。而在用于催化氧化催化剂的研究工作中，关键的问题是开发高活性、高稳定性和低成本的高性能催化剂。
2、众所周知，负载型金属催化剂对挥发性有机化合物的催化降解具有良好的催化性能，但它们存在一些局限性，如成本高、易中毒和热稳定性差。通常，催化剂由催化中心、载体和促进剂组成。在负载型催化剂的制备中，材料的纳米尺寸和活性中心的分散性是影响催化剂性能的重要指标。同时，所制备的催化剂不仅需要有好的催化性能，长期的性能稳定性和结构稳定性也是影响其应用化的重要因素。因此人们迫切希望通过选择合适的载体和引入廉价的促进剂来开发负载型金属催化剂，以提供高度分散的活性中心，降低催化剂成本并提升催化剂性能及稳定性，从而有效降解
3、金属有机骨架是一种由金属离子簇和有机配体自组装而成的新型多孔材料。由于比表面积大、孔隙率高，mof有望负载高度分散的金属纳米粒子，从而形成具有丰富活性中心的金属/mof催化剂，用于去除挥发性有机物。
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术中在mof材料上负载贵金属及非贵金属纳米颗粒存在的缺点与不足，本专利技术的首要目的在于提供一种高活性及高稳定性金属纳米粒子/mof-808催化剂的制备方法，该方法是将多种类型的单金属(如pt，pd，ru，cu以及co等)还原至纳米尺寸并稳定负载于mof-808载体上，所得催化剂可有效应用于热催化降解挥发性有机污染物以及一氧化碳中，本专利技术旨在为合成此类材料提供一种简便且通用的方法。
2、本专利技术的另一目的在于提供一种上述制备方法制备得到的高活性及高稳定性金属纳米粒子/mof-808催化剂。
3、本专利技术的再一目的在于提供一种上述高活性及高稳定性金属纳米粒子
4、/mof-808催化剂的应用。
5、本专利技术的目的通过下述技术方案实现：
6、一种高活性及高稳定性金属纳米粒子/mof-808催化剂的制备方法，其按照以下操作步骤：
7、s1：将等体积的n，n-二甲基甲酰胺和甲酸混合得到溶液a；
8、s2：称取摩尔比为1:20～1:5的氯氧化锆和均苯三甲酸溶解于溶液a中，得到混合液b；
9、s3：将混合液b在烘箱中加热15～30小时，离心后得到反应物a；
10、s4：将反应物a离心、洗涤、干燥，得到锆基金属有机骨架mof-808；
11、s5：将10mg/ml的金属盐溶液超声混匀后得到溶液c；
12、s6：将步骤s4所得锆基金属有机骨架mof-808预先活化，取100～200mg活化后的mof-808溶解于甲醇后加入0.1～1ml溶液c，超声至混合均匀，得到混合液d；
13、s7：在惰性气体保护且避光条件下，将混合液d搅拌得到反应物b；
14、s8：将反应物b重新分散于20～40ml甲醇中，在惰性气体气氛保护下，搅拌加入20～50mg硼氢化钠溶液，再继续搅拌至反应完全，得到溶液e；
15、s9：将溶液e离心、洗涤、干燥，得到高活性及高稳定性金属纳米粒子/mof-808催化剂。
16、步骤s3中所述烘箱的温度为100～150℃。
17、步骤s4中所述的离心、洗涤是将反应物a按n，n-二甲基甲酰胺、丙酮、甲醇的顺序各离心洗涤三次，每次洗涤均静置4～8小时，离心的转速为5000～16000转/分钟。
18、步骤s5中所述的金属盐溶液为氯铂酸溶液、氯钯酸钠溶液、氯化钌溶液、硝酸铜溶液、硝酸钴溶液或硝酸银溶液。
19、步骤s6中所述的活化的温度为100～300℃，活化的时间为1～12小时。
20、步骤s7中所述的搅拌的时间为10～600分钟。
21、步骤s8中所述的硼氢化钠溶液是在使用之前现场配制，具体是将硼氢化钠溶解于0～-10℃的甲醇中配制得到；所述继续搅拌的时间为30分钟～2小时。
22、一种由上述的制备方法制备得到的高活性及高稳定性金属纳米粒子/mof-808催化剂，所述催化剂在200℃持续150小时稳定降解500ppm甲苯，在130℃持续150小时稳定降解1％的一氧化碳。
23、上述的高活性及高稳定性金属纳米粒子/mof-808催化剂在挥发性有机污染物和一氧化碳的催化氧化中的应用。
24、上述方法制得的mof-808具有良好的结晶度，在负载各种金属纳米粒子后，所得催化剂可以保持金属有机骨架的原始理化性质且可将金属纳米粒子还原至纳米尺寸稳定负载于mof-808上，形成稳定的金属纳米粒子/mof-808催化剂。所得催化剂材料的表征表明该材料具有高金属分散性及高比表面积等良好的物理性质，同时在催化测试中表现出高稳定性及高催化活性等催化性质，因此本专利技术方法制备的催化剂可用于多种挥发性有机污染物的催化氧化。
25、现有技术在合成贵金属/mof材料时不控制还原剂及还原气氛，会使材料在高温及强还原条件下易团聚，而在合成非贵金属/mof材料时不控制还原条件，使非贵金属在负载过程极易形成氧化物，从而影响材料的催化性能。本专利技术通过在合成过程严格控制还原条件以稳定各种纳米颗粒，合成了高活性及高稳定性的金属纳米粒子/mof-808，该类催化剂对各种vocs具有良好的催化活性且具有良好的催化稳定性。
26、本专利技术相对于现有技术具有如下的优点及效果：
27、(1)相较于传统的金属负载方法一步合成法，本专利技术方法首先在惰性气体保护下进行溶液的混合，且利用甲醇的弱还原性保证金属不在搅拌过程中被氧化，之后再用硼氢化钠进一步还原，最大限度地保证金属纳米粒子在设定步骤进行还原以及稳定负载，这可以促进金属最大程度地被利用且充分进入金属有机骨架的孔道。从催化实验以及表征结果可见，材料具有很好的结晶度且金属成功地负载在了金属有机骨架中，同时该材料具有高金属分散性及高比表面积等良好的物理性质，在催化测试中表现出高稳定性及高催化活性等催化性质，这反应了材料优异的催化性能；
28、(2)本专利技术可以用于各种单金属在mof-808中的负载，包括贵金属和非贵金属都可以实现稳定负载；本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高活性及高稳定性金属纳米粒子/MOF-808催化剂的制备方法，其特征在于按照以下操作步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤S3中所述烘箱的温度为100～150℃。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤S4中所述的离心、洗涤是将反应物A按N，N-二甲基甲酰胺、丙酮、甲醇的顺序各离心洗涤三次，每次洗涤均静置4～8小时，离心的转速为5000～16000转/分钟。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤S5中所述的金属盐溶液为氯铂酸溶液、氯钯酸钠溶液、氯化钌溶液、硝酸铜溶液、硝酸钴溶液或硝酸银溶液。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤S6中所述的活化的温度为100～300℃，活化的时间为1～12小时。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤S7中所述的搅拌时间为10～600分钟。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤S8中所述的硼氢化钠溶液是在使用之前现场配制，具体是将硼氢化钠溶解于0～-10℃的甲醇中配制得到；所述继续搅
8.一种由权利要求1～7任一项所述的制备方法制备得到的高活性及高稳定性金属纳米粒子/MOF-808催化剂，其特征在于：所述催化剂在200℃持续150小时稳定降解500ppm甲苯，在130℃持续150小时稳定降解1％的一氧化碳。
9.根据权利要求8所述的高活性及高稳定性金属纳米粒子/MOF-808催化剂在挥发性有机污染物和一氧化碳的催化氧化中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种高活性及高稳定性金属纳米粒子/mof-808催化剂的制备方法，其特征在于按照以下操作步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤s3中所述烘箱的温度为100～150℃。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤s4中所述的离心、洗涤是将反应物a按n，n-二甲基甲酰胺、丙酮、甲醇的顺序各离心洗涤三次，每次洗涤均静置4～8小时，离心的转速为5000～16000转/分钟。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤s5中所述的金属盐溶液为氯铂酸溶液、氯钯酸钠溶液、氯化钌溶液、硝酸铜溶液、硝酸钴溶液或硝酸银溶液。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤s6中所述的活化的温度为100～300℃，活化的时...
【专利技术属性】
技术研发人员：敖志敏，李钧天，邓柏琳，
申请(专利权)人：北京师范大学珠海校区，
类型：发明
国别省市：
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