[发明专利]负载Pt纳米粒子的MnO2催化剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料制备技术领域，特别涉及一种负载高分散性Pt纳米粒子的MnO₂催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

室内环境是现代人生活工作的主要场所，室内空气质量与人的身心健康息息相关。室内及封闭体系的污染问题已经引起社会各界极大的关注。研究表明，室内污染危害较大的主要有甲醛、苯及其同系物等挥发性有机物和氨、氡、一氧化碳、氮氧化物等无机物。其中甲醛作为一种高毒性的物质，在短期接触会刺激眼睛、鼻腔和呼吸道而引起过敏反应，长期接触会导致遗传毒性和致癌、肺功能损害、神经行为改变等疾病。因此，甲醛的消除成为室内空气质量控制的重要课题。催化降解消除甲醛的最终产物是对人体无害的CO₂和H₂O，被认为是最有前景的一种消除室内甲醛污染的有效途径。本发明所涉及的催化剂就是通过催化降解来完成对甲醛的处理。

2002年Yoshika研究了一系列过渡金属氧化物对甲醛的催化降解性能，其中锰氧化合物具有较高的催化降解甲醛的活性(S Yoshika.Atmospheric Environment，2002，36，5543.)。最近，贺军辉等发明了层状介孔水钠锰矿型MnO₂蜂窝状纳米球和空心纳米球用于催化降解甲醛，取的较好的结果(CN200610113421.0)。同一课题组的Tian等制备了隐钾锰矿型锰氧化物八面体分子筛(OMS-2)，用于催化降解甲醛(H Tian，J He，et al.Microporous and Mesoporous Materials，2011，138，118.)。为了寻求更高性能的催化降解甲醛的催化剂，负载型催化剂的制备新技术的开发和应用成为研究降解甲醛的热点。Zhang等用浸渍法合成的Pt/TiO₂催化剂能够在室温下降解甲醛(C Zhang，H He，et al.Catalysis Communications，2005，6，211.)。Tang等制备的Pt/MnO_x-CeO₂负载型催化剂对甲醛有较好的催化降解性能(X Tang，J Chen，et al.Applied Catalysis B：Environmental，2008，81，115.)。Zhang等将Au负载到具有有序介孔结构的CeO₂载体上，在较低温度下能够完全降解甲醛(J Zhang，Y Jin，et al.Applied Catalysis B：Environmental，2009，91，11.)。

负载型催化剂的核心，也就是贵金属活性组分的高比表面积、在载体表面的均匀高分散性对催化剂的研究和开发具有重要意义。活性组分的高度分散不仅可以大大降低催化剂活性金属组份的使用量，而且有利于活性组分与载体表面之间的相互作用的调控及催化剂热稳定性的提高。催化剂的催化性能与制备方法有着很大的关系，采用不同的制备方法所得到催化剂的性能可能相差很大。目前，贵金属负载型催化剂常用的制备方法主要有浸渍法、共沉淀法、沉积-沉淀法，但上述方法存在各自的优缺点。浸渍法是制备贵金属催化剂最传统、最简单的方法，但是该法制备出的贵金属纳米粒子易团聚且分散度较低；共沉淀法限于制备过程的要求会造成贵金属纳米粒子包裹在载体内部，贵金属利用率降低；沉积-沉淀法能保证活性组分全部保留在载体表面上，提高了活性组分的利用率，但该法要求载体有较高的有效表面积(至少50m²/g)，而且不适用于有较低零电荷点的金属氧化物载体。其它制备方法还有光化学沉积法、化学蒸发沉积法、共溅镀法、氢等离子体法等。这些方法由于制备过程复杂、对设备的要求高等条件限制，一般不常用。