[发明专利]一种含有有机聚合物电子助剂的负载型Au催化剂

说明书

技术领域

本发明属于可见光催化氧化CO脱除领域，具体涉及导电聚合物聚苯胺在Au/TiO₂体系中显现的电子助剂的作用和通过光热耦合作用来提高Au催化剂催化氧化CO去除的方法。

背景技术

CO是一种易燃、易爆的气体污染物。烃类的不完全燃烧排放气、矿井中的气体和家用煤气灶的排放气等，均含有大量一氧化碳。当空气中CO含量为2.0 × 10^-5 mol/L 时，两小时之内人就会出现头晕和呕吐现象；当含量达到1.2 %时，会在 1-3 min 内致人死亡。对于CO的脱除，现已成为主要的环境问题之一，引起了人们的普遍关注。

通常在一般条件下，CO氧化脱除需要的温度高，能耗大，而且还可能会发生爆炸事故。传统的常用净化CO的方法有物理方法和化学方法，其中物理方法有变压吸附法、高温金属膜分离、低温聚合物膜分离、溶剂吸收法；但是由于CO的净化设备要求温度低、重量轻、体积小、操作方便、工艺简单、连续工作等特点，故物理净化方法不易采用。而化学净化CO的方法有：低温变换反应法、甲烷化反应法、催化氧化反应法。低温变换反应法是将CO与水蒸汽反应转化为CO₂的反应，其优点是将CO转化成CO₂的同时生成了氢气。缺点是该反应的速率相对较慢，要达到满意的转化率需要足够大的反应器。同时由于反应平衡浓度的限制，出口CO的含量也很难达到10^-5级的要求。甲烷化反应法是将CO和H₂转化为甲烷的反应。CO的甲烷化技术研究已经相当成熟。但由于发生甲烷化反应需要消耗大量的氢，因此甲烷化反应法受到实际应用的限制。

因此，研究低(常)温(<100℃)CO催化氧化对消除CO的污染更具有实际意义。随着社会的发展和人们生活水平的提高，CO低(常)温氧化脱除技术的应用也越来越广泛，在许多方面都有重要的使用价值，如空气净化器、 CO气体传感器、CO₂激光器中气体的纯化、CO防毒面具、呼吸用气体净化装置以及密闭系统内CO 的消除等方面都具有较高的实用价值。(David R. Schryer , Billy T. Upchurch , Barry D. Sidney , Kenneth G.Brown ,Gur B. Hoflund , Richard K. Herz.J . Catal. 1991 ,130 (1): 314-317; Y. Yuan , A. P. Kozlova , K. Asakura , Wan HL , Tsai K, Iwasawa Y. J. Catal. 1997, 170: 191-199)另外，随着燃料电池电动车的发展，通过水蒸汽重整法和部分氧化法制得的富氢气体中CO的含量通常约0.5～2 (mol)%，因氢燃料电池电极材料一般为Pt，富氢气体中CO的含量必须控制在10^-5以下，微量的CO易使其中毒，同时参与竞争氧的反应从而大幅度降低燃料电池的利用率。因此实现低温CO的催化氧化也显得迫切需要。

目前，国内外专家学者大都进行的是热催化氧化CO的研究，对其研究已证明贵金属如Pd, Au, Ag, Rh和Pt等负载的氧化物(如Al₂O₃, SiO₂, TiO₂)是一类优良的催化剂。(Nattaya Comsup, Joongjai Panpranot, Piyasan Praserthdam. Catal Commun, 2010, 11: 1238–1243; Huaqing Zhu, Zhangfeng Qin, Wenjuan Shan, Wenjie Shen, Jianguo Wang. J Catal, 2005, 233: 41–50.) 其中，备注关注的是以Au负载的催化剂拥有很好的低温氧化CO的活性，但其存在稳定性差、易失活的缺点。尽管反应气中一定H₂的存在可以提高催化氧化CO的活性和稳定性，却会引起H₂的氧化而使其选择性不高。因此，如何实现在常温条件下提高Au催化剂高效、低成本的催化氧化CO，迄今为止仍然是研究的热点问题之一。