[发明专利]一种负载型单原子铂催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明具体涉及一种负载型单原子铂催化剂及其制备方法和应用，所述催化剂的制备方法包括如下步骤：在低温环境下，将还原剂、酸性溶液、有机溶剂的混合溶液缓慢滴加到含铂前驱体、钛前驱体、活性炭、有机溶剂的混合溶液中，滴加结束后，继续搅拌反应完全，超声处理，抽滤洗涤，干燥，得到负载型单原子铂催化剂。本发明的制备方法简单，易于工业化，制得的催化剂，铂以原子级形式均匀分散在活性炭和纳米二氧化钛的复合载体上，可以在常温或常温光照混合条件下将VOCs氧化分解为二氧化碳和水，并且降解VOCs效率高，性能稳定。

技术领域

本发明属于催化剂技术领域和VOCs污染治理领域，具体涉及一种负载型单原子铂催化剂及其制备方法和在常温下高效催化降解VOCs的应用。

背景技术

挥发性有机物(Volatile Organic Compounds，简称VOCs)是指常温下饱和蒸汽压大于70Pa、常压下沸点低于260℃的有机化合物，或在20℃条件下蒸汽压大于或者等于10Pa具有相应挥发性的全部有机化合物。VOC按其化学结构，可以进一步分为：烷类、芳烃类、酯类、醛类和其他等。目前已鉴定出的有300多种。最常见的有苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、三氯乙烯、三氯甲烷、三氯乙烷、二异氰酸酯(TDI)、二异氰甲苯酯等。VOCs的排放不仅会造成温室效应、臭氧层破坏、光化学烟雾等环境问题，而且还会对人体健康产生严重的危害。因此，如何高效经济地减少挥发性有机物(VOCs)的排放对于治理我国大气污染有着重要的意义。

传统的VOCs降解技术往往需要在高温高压下进行，反应条件苛刻，成本较高，有时还会产生二噁英、一氧化碳等毒性更大的物质。常温催化氧化技术是利用氧气、臭氧等经催化剂催化活化后产生的羟基自由基等活性氧化剂，实现室温下氧化降解VOCs的技术，其反应条件温和，无二次污染，能耗低，且处理效果好，被认为是最有前景的VOCs降解技术。

选择合适的高活性催化剂对于常温催化降解VOCs至关重要。单原子贵金属催化剂是一种新型催化剂，基于原子级别的金属活性组分，在最大化活性位点数量、增强对目标产物的选择性、提高固有催化活性和减少贵金属用量方面显示出巨大的优势。常用的贵金属原子级活性位点催化剂的制备方法有浸渍法、共沉淀法、光催化法、原子层沉积法等，但传统方法制备工艺复杂，能耗大不环保，同时容易由于金属之间及金属与载体之间的弱结合而形成簇，大大降低了原子利用率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种以活性炭和二氧化钛为复合载体的负载型单原子铂催化剂及其制备方法和在常温降解VOCs中的应用。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种负载型单原子铂催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：在低温环境下，将还原剂、酸性溶液、有机溶剂的混合溶液缓慢滴加到含铂前驱体、钛前驱体、活性炭、有机溶剂的混合溶液中，滴加结束后，继续搅拌反应完全，超声处理，抽滤洗涤，干燥，得到负载型单原子铂催化剂。

优选地，所述铂前驱体为铂的可溶性盐。

优选地，所述钛前驱体为钛的醇盐。

优选地，所述活性炭用硝酸进行预处理，具体包括如下步骤：每10g活性炭加入5～30mL质量分数为15～75％的硝酸水溶液中，40～60℃浸泡0.5～12小时，降至室温，用去离子水洗涤至溶液pH为中性，放入50～100℃烘箱干燥12～24h。

优选地，所述还原剂为硼氢化钠、水合肼、抗坏血酸中的任意一种或至少两种以上的混合物。

优选地，所述酸性溶液为盐酸或冰醋酸、硫酸、硝酸、磷酸的水溶液中的任意一种或一种以上的混合物。

优选地，所述酸性溶液的浓度为1～5mol/L。

优选地，所述有机溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、乙二醇、丙三醇中的任意一种或一种以上的混合物。