[发明专利]一种中性条件下液相催化加氢还原Cr(VI)的封装型贵金属催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种中性条件下液相催化加氢还原Cr(VI)的封装型贵金属催化剂及其制备方法，以介孔氧化硅SBA‑15为模板，将碳源苯胺、Pt源氯铂酸同步填充于SBA‑15的孔道中，焙烧碳化还原贵金属铂，苯胺碳化得到掺杂氮元素的碳骨架，去除SBA‑15模板后，得到所述的封装型贵金属催化剂。所述的催化剂将贵金属铂封装于掺杂氮的有序介孔碳骨架中，氮掺杂、较小的Pt颗粒、大面积的催化活性位可以提高活性，封装型结构可以提高稳定性，所述催化剂在中性条件下Cr(VI)液相催化加氢还原反应中有较高的活性和稳定性。

技术领域

本发明属于催化加氢和工业废水Cr(VI)处理技术领域，具体涉及一种封装型贵金属催化剂及其制备方法及其在中性条件下催化加氢还原Cr(VI)的应用。

背景技术

铬是现代科技中最重要的金属之一，常用于不锈钢，汽车零件和磁带等物品加工制造过程中。水体中铬污染主要来自矿物加工、金属抛光、皮革鞣制、印染工业排放的污水，铬在水环境中主要以阴离子Cr₂O₇^2-和阳离子Cr³⁺的形式存在。Cr(VI)被定义为吞入性毒物和吸入性极毒物，皮肤接触可能导致过敏，吸入可能致癌。Cr(VI)很容易被人体吸收，它可通过消化、呼吸道、皮肤及粘膜侵入人体。Cr(VI)也被定性为对环境有持久危险性，过量的(超过10mg/L)六价铬对水生物有致死作用。基于上述原因，世界各国均制定了水体中Cr(VI)的排放标准，世界卫生组织(WHO)规定地表水中Cr(VI)的最大限值为0.1mg/L，饮用水的允许限值为0.05mg/L。我国的生活饮用水卫生标准(GB 5749-2006)也规定饮用水中的Cr(VI)的含量不能超过0.05mg/L。

目前Cr(VI)的处理方法包括物理、生物和化学方法，常用的有吸附法，离子交换法，化学沉淀法。传统物理法的处理效果好，但存在会吸附容量有限、二次污染等问题。生物法虽然没有二次废物产生，处理成本低，但其中微生物的吸附、还原对微生物耐Cr(VI)毒性的要求高，处理效果不稳定。化学沉淀法是指在酸性条件下将Cr(VI)还原为Cr(III)，再加入沉淀剂使得Cr(III)沉淀析出，此法中沉淀固液分离困难，增加了成本。由此可总结为两种Cr(VI)的技术处理路线：(1)直接去除Cr(VI)：吸附法、离子交换、膜分离等；(2)将Cr(VI)转化为Cr(III)，再去除Cr(III)：沉淀法、还原法等。技术路线(1)一般所需成本高，技术路线(2)一般对Cr(VI)还原、Cr(III)沉淀的pH要求较高。

液相催化加氢还原是一种将固体催化剂分散在污染物溶液中，利用氢气作为还原剂，在常温常压下进行的还原反应，具有易于操作、高效清洁的特点。催化加氢还原反应中常用的是负载型贵金属催化剂，原因在于负载型贵金属催化剂组成简单、催化活性好。目前，对于Cr(VI)液相加氢还原的研究集中在酸性条件下，因为中性条件下三价铬的沉淀会覆盖催化剂活性位，使得催化剂活性降低，负载型贵金属催化剂在中性条件下催化加氢还原Cr(VI)受到限制。另外，从节约资源、循环利用的角度出发，提高催化剂的稳定性对于提高现代工业生产效率有着重要意义。催化剂的稳定性与失活有关，催化剂失活是指在恒定反应条件下进行的催化反应的活性随时间延长而下降的现象。失活原因大致可分为三个：活性组分脱落、活性组分中毒、活性组分团聚。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于中性条件下液相催化加氢还原Cr(VI)的封装型贵金属催化剂及其制备方法，所述的催化剂是将贵金属铂封装于掺杂氮的有序介孔碳(N-CMK-3)的骨架中，氮的掺杂、较小的Pt颗粒、大面积的催化活性位可以提高活性，封装型结构可以提高稳定性，高比表面积可以提高对产物沉淀的容纳量以减缓催化剂活性的降低，该催化剂在中性条件下Cr(VI)液相催化加氢还原反应中有较高的活性和稳定性。

本发明的另一个目的还在于提供所述催化剂在中性条件下液相催化加氢还原Cr(VI)中的应用。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：