[发明专利]钌炭催化剂及其制备方法

说明书

本发明涉及一种钌炭催化剂及其制备方法，包括如下步骤：将钌有机配合物的溶液调节酸碱度至中性进行阳离子交换，得到电导率为20～40μS/cm的含钌溶液；钌有机配合物的配体中含有磷元素；在含钌溶液中加入耐膦型藻类进行发酵，至溶液体系中钌含量为10ppm以下；取出耐膦型藻类破碎后，进行厌氧发酵，得到厌氧发酵沼渣；将厌氧发酵沼渣进行炭化还原反应，得到钌炭催化剂。如此将含磷元素的钌有机配合物溶液调节至中性进行阳离子交换去除大部分的金属阳离子，并控制阳离子交换后的含钌溶液在特定的电导率；再将含钌溶液加入耐膦型藻类中，发酵至钌含量降低至10ppm以下时，将耐膦型藻类厌氧发酵后，进行炭化还原反应得到高分散钌炭催化剂，大大提高了钌的有效利用率。

技术领域

本发明涉及催化剂技术领域，特别是涉及一种钌炭催化剂及其制备方法。

背景技术

钌炭催化剂是一种将金属钌负载在活性炭表面的催化剂，拥有非常广泛的应用场景。通常钌炭的合成可分为化学法和物理法。物理法通常是将金属原子使用物理方法沉积到活性炭表面，应用不广。工业生产中通常使用化学法进行制备，通常分为浸渍和还原。然而目前这些方案生产的钌炭催化剂中钌的分散度较低，其中分散度是指催化剂表面上暴露出的活性组分的原子数占该组分在催化剂中原子总数的比例，通常钌的分散度不超过40％，即有超过60％的钌没有得到有效利用。因此如何提高钌炭催化剂的分散度是急需解决的技术问题。

发明内容

基于此，有必要提供一种能够提高分散度的钌炭催化剂及其制备方法。

一种钌炭催化剂的制备方法，包括如下步骤：

将钌有机配合物的溶液调节酸碱度至中性进行阳离子交换，以除去金属阳离子杂质，得到电导率为20～40μS/cm的含钌溶液；所述钌有机配合物的配体中含有磷元素；

在所述含钌溶液中加入耐膦型藻类进行发酵，至溶液体系中钌含量为10ppm以下；

取出耐膦型藻类破碎后，进行厌氧发酵，得到厌氧发酵沼渣；

将所述厌氧发酵沼渣进行炭化还原反应，得到钌炭催化剂。

研究表明，采用不含磷的无机钌溶液并加入耐膦型藻类进行发酵，钌无法进入藻类中；进而无法进行后续的将耐膦型藻类取出破碎进行厌氧发酵的步骤，也无法进行后续的炭化还原反应，故而无法采用本申请的制备方法制备得到钌炭催化剂。且，通过将钌有机配合物的溶液调节酸碱度至中性进行阳离子交换，以除去金属阳离子杂质，进而控制得到的含钌溶液的电导率为20～40μS/cm，是十分关键的。若控制的含钌溶液的电导率不在上述范围内，钌无法很好地进入藻类中；进而无法进行后续的将耐膦型藻类取出破碎进行厌氧发酵的步骤，也无法进行后续的炭化还原反应，故而无法采用本申请的制备方法制备得到钌炭催化剂。

上述钌炭催化剂的制备方法，使用含磷元素的钌有机配合物，将钌有机配合物溶液调节至中性进行阳离子交换去除大部分的金属阳离子，避免金属阳离子杂质的影响，并控制阳离子交换后的含钌溶液在特定的电导率；再将含钌溶液加入耐膦型藻类中，发酵至钌含量降低至10ppm以下时，将耐膦型藻类厌氧发酵后，进行炭化还原反应得到高分散钌炭催化剂，进而大大提高了钌的有效利用率。

进一步地，控制上述含钌溶液的电导率为25μS/cm～35μS/cm；在一些具体示例中，控制上述含钌溶液的电导率为30μS/cm。如此，通过控制上述含钌溶液的电导率，可有利于提高制备得到的钌炭催化剂的分散度。

在其中的一些实施例中，所述钌有机配合物的配体为三苯基膦和三苯基膦的衍生物中的至少一种。

在其中的一些实施例中，所述含钌溶液的质量浓度为0.01％～1％。通过控制含钌溶液的质量浓度在合适范围，可有利于步骤S200耐膦型藻类在含钌溶液中的发酵步骤更好地进行。在其中的一些具体示例中，含钌溶液的质量浓度可以为0.05％、0.1％、0.2％、0.3％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1％。