[发明专利]一种用于催化降解VOCs的单原子Au的光化学制备方法

说明书

技术领域

本发明属于环境保护领域，涉及一种等离子体系中催化降解VOCs废气的单原子Au的制备方法。

背景技术

挥发性有机物VOCs(Volatile Organic Compounds)是一类重要的空气污染物，世界卫生组织定义为沸点50～260℃、室温下饱和蒸气压超过133Pa的有机化合物，包括烷烃类、烯烃类、芳烃及其衍生物、醇类、醛酮类、胺和酰胺类、酸和酸酐类等。VOCs是一种重要的大气污染物，对人体的危害大，能导致人体呈现种种不适感，并具有毒性和刺激性。已知许多VOCs具有神经毒性、肾脏和肝脏毒性，甚至具有致癌作用，能损害心血管系统，引起胃肠道紊乱，诱发免疫系统、内分泌系统及造血系统疾病，造成代谢紊乱，同时也是形成光化学烟雾和PM2.5的重要因素，还能导致温室气体的产生和臭氧层的破坏。

目前国内外在VOCs处理方面常用的技术有许多，但它们都有相应的缺点和不足。(1)吸附法。吸附容量低，易饱和，吸附剂更换及处置难度大；(2)吸收法。吸收液选择难度大、产生二次污染、吸收液饱和后处理费用高等；(3)燃烧法。投资成本及运行费用较高，存在氮氧化物、二氧化硫、二噁英等二次污染隐患；(4)冷凝法。适用于高浓度废气的预处理；运行费用贵，不能实现末端达标治理；(5)蓄热式催化氧化法。氧化剂在高温状态易老化、使用寿命短，装置的设计与运行参数的选择具有较高的难度。(6)等离子法(高功率脉冲)。原理是利用高温、高压下产生大量高能电子和O、OH等活性粒子，与VOCs进行氧化降解反应，使污染物最终转化为无害的物质。该方法具有能量利用率高、设备维护简单、费用低等优点，但存在着对气体降解不完全的问题，在等离子体中加入催化剂能够提高污染物的去除效率，有效降低能耗并且减少副产物的生成。

专利号为CN105478136A的专利公开了一种协同低温等离子体催化降解工业有机废气的催化剂及其制备方法与应用，所用载体为SiC，主活性成分为贵金属中至少一种与过渡金属氧化物中至少一种的混合物，助催化剂成分为稀土金属氧化物中至少一种与碱土金属氧化物中至少一种的混合物，该催化剂具有价格低廉、寿命长，与等离子体结合可以常温下高效率去VOCs，然而实验中VOCs含量较低，催化剂对于中高浓度VOCs降解能力如何有待考察。单原子催化剂是一种新型催化剂，较低的负载量和高效的处理效率使得单原子催化剂具有极大的应用前景，然而目前并没有单原子催化剂催化降解VOCs专利的报道。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术的缺点，提供一种用于催化降解VOCs的单原子Au的光化学制备方法，本方法在等离子反应体系中实现了对甲苯和二氯甲烷VOCs气体的高效降解。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明的用于催化降解VOCs的单原子Au的光化学制备方法，包括以下步骤：

步骤一、制备原子级厚TiO₂纳米片：

(a)将TiCl₃与乙二醇加入到反应釜中，机械搅拌，在100～200℃下完全反应，所述的TiCl₃与乙二醇的质量比为1:10～40，所述的乙二醇的质量百分比浓度为60％；

(b)将反应后液体离心过滤，然后将分离出来的沉淀物在70～110℃的烘箱中干燥去除水分，得到干燥固体；

(c)研磨所述的干燥固体，然后过筛网，得到40-60目的TiO₂纳米粉末；

步骤二、采用光化学方法负载单原子Au：

(a)将TiO₂纳米粉末分散在去离子水中，超声分散处理，得到TiO₂均匀分散液；

(b)在不断搅拌分散液的同时在分散液中加入HAuCl₄溶液，搅拌10～30min得到混合溶液；所述的HAuCl₄溶液的浓度为0.1～1mol/L，Au的负载量为0.05％～5％；

(c)将混合溶液置于紫外光源下辐照，生成沉淀物；

(d)将所述的沉淀物浸泡在有机溶剂中得到不溶固体，沉淀物与有机溶剂质量比为1：10；

(e)取出不溶固体，用去离子水洗涤直至洗涤液呈中性，然后在80～120℃烘箱中干燥6～10h，经研磨得到纳米TiO₂负载的单原子Au催化剂。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.制备方法新颖，经济。