[发明专利]一种铂基水处理单原子催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种铂基水处理单原子催化剂及其制备方法，该方法以多孔陶瓷为载体，以铂基单原子为催化活性组分，以乙烯基硅烷为表面改性剂，利用蒸气原位生长法制备。将高岭土、铝源粉体、活性炭粉体、秸秆粉体和成型剂溶液挤出成型、经焙烧制得多孔陶瓷载体，再将多孔陶瓷载体浸渍于表面改性剂溶液中反应、干燥后得到表面改性的多孔陶瓷载体，然后将表面改性后的多孔陶瓷载体吸附活性组分前驱体溶液，经干燥后利用蒸气原位生长法将活性组分前驱体还原为铂基水处理单原子催化剂。该催化剂环境友好，成本低廉，且能够高效催化还原对硝基苯酚、甲基橙、亚甲基蓝等水体污染物。

技术领域

本发明涉及一种铂基水处理单原子催化剂及其制备方法，属于环保催化材料和水污染治理领域。

背景技术

对硝基苯酚、甲基橙、亚甲基蓝等作为常用染料，在其使用过程中有10％～20％被排入水环境中，而含对硝基苯酚、甲基橙、亚甲基蓝等染料的废水毒性高，含致癌、致突变、致畸物质；色度高，在水生系统中抑制植物的光合作用：COD值高，会导致水体富营养。基于上述危害，含对硝基苯酚、甲基橙、亚甲基蓝等染料的废水是目前水处理技术上面临的亟需处理的难题。常用的处理方法有吸附法、膜分离法、普通氧化法、生物法等，但是这些方法具有工艺流程复杂、设备要求高、成本高、破坏微环境等缺点。催化还原法是一种可以彻底解决水体污染，甚至变废为宝的方法，利用硼氢化钠将对硝基苯酚、甲基橙以及亚甲基蓝彻底还原成化工产品，且催化材料可回收再利用，不会残留在废水中对环境造成二次污染。然而，含对硝基苯酚、甲基橙、亚甲基蓝等染料的废水通常呈碱性，且pH值变化大。在现有的催化处理方法中，大多数的催化材料仅在酸性条件下才能降解90％以上的染料。因此，开发pH适应性强且对甲基橙、对硝基苯酚、亚甲基蓝等染料有高效降解效果的新型催化材料倍受广大科研工作者的关注，利用催化材料处理甲基橙、对硝基苯酚、亚甲基蓝等染料具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是针对水污染处理领域的现状及存在问题，而提出了一种pH适应性强且对甲基橙、对硝基苯酚、亚甲基蓝等染料有高效降解效果的新型催化剂，本发明的另一目的是提供上述催化剂的制备方法。

本发明的技术方案为：本发明利用高岭土优异的亲水性，通过不同目数的活性炭粉和秸秆粉体作为造孔剂进行煅烧造孔，而不同粒径大小的活性炭粉和秸秆粉体以及成型剂的煅烧能够使陶瓷内部形成纳米、微米及宏观尺寸的多级孔道，从而制备成多孔陶瓷载体，铝源粉体的加入主要是提高多孔陶瓷载体的物理强度。另一方面，乙烯基硅烷作为表面改性剂能够使载体表面更易于捕获氯铂酸溶液中的铂离子，当利用硼氢化钠蒸气原位生长法时，能够使多孔陶瓷表面的铂离子被还原，同时因改性剂的捕获和位阻效应，从而避免了常规原位生长法导致的贵金属离子团聚，最终反应生成铂基单原子催化剂。以高岭土为主要原料，添加铝源粉体、活性炭粉体和秸秆粉体，负载活性组分铂，研发一种铂基单原子催化剂，目的是形成一种pH适应性强且对甲基橙、对硝基苯酚、亚甲基蓝等染料有高效降解效果的新型催化剂。

一种铂基水处理单原子催化剂，该催化剂以多孔陶瓷为载体，以铂基单原子为催化活性组分，以乙烯基硅烷为表面改性剂，以硼氢化钠为还原剂，利用蒸气原位生长法制备；其中：载体前驱体的由高岭土、铝源粉体、活性炭粉体、秸秆粉体和成型剂溶液组成，以载体前驱体质量为基准，活性组分的质量百分含量为0.01％～3％。

本发明技术方案中：活性组分的质量百分含量为0.01％～0.1％。

一种上述的铂基水处理单原子催化剂的制备方法，该方法的步骤如下：

(1)多孔陶瓷载体表面改性

将多孔陶瓷浸渍于表面改性剂中，在70～90℃水浴中反应1～3h后，取出反应后的多孔陶瓷进行干燥，制得表面改性后的多孔陶瓷载体；

(2)活性组分前驱体的制备与吸附

称取铂盐加入去离子水搅拌生成活性组分前驱体溶液，然后将步骤(1)制得的表面改性后的多孔陶瓷载体浸渍于活性组分前驱体溶液中，真空干燥后制得吸附有活性组分前驱体溶液的多孔陶瓷；