惰性载体负载Pt基室温甲醛消除催化剂及其制备与应用制造技术

本发明专利技术涉及密闭居室污染物甲醛室温消除催化剂，具体的说是一种惰性载体负载Pt基催化剂及其制备与应用。Pt以0.5到1nm尺寸高度分散，载体为氧化铝、氧化硅、活性碳、氮化硼等。将Pt担载于载体上，Pt含量为催化剂总质量的0.001～0.01％。本发明专利技术催化剂适合于室温条件下较宽浓度(5～100ppm)甲醛的完全消除，产物为CO

Preparation and application of Pt based formaldehyde scavenging catalyst supported on inert support

【技术实现步骤摘要】
惰性载体负载Pt基室温甲醛消除催化剂及其制备与应用
本专利技术涉及密闭空间内甲醛室温氧化消除催化剂，具体地说是一种用于室温空气净化的微量甲醛消除所用的惰性载体负载Pt基催化剂及其制备与应用。
技术介绍
甲醛是密闭空间尤其是刚装修家庭居室的主要污染物之一，其挥发性较差，滞留期可长达数年。长期接触微量甲醛可造成咽喉炎、支气管炎、肺炎甚至肺癌等疾病，因此消除甲醛对人体健康与社会发展具有十分重要的意义。催化氧化法能够将甲醛完全化学分解为CO2和H2O，该方法能耗低、环境友好，选择合适的催化剂在室温条件下将甲醛完全消除成为了关键。目前，Pt基催化剂为室温消除甲醛最优的催化剂。2005年，张长斌等较早开展Pt基催化剂研究，将Pt前躯体通过浸渍方法负载于TiO2上，所形成的催化剂可以在室温下将100ppm的甲醛完全消除[Catal.Commun.,2005,6,211-214]。随后对Pt/TiO2催化剂进行改性，通过添加碱金属(Li、Na、K)，使载体表面富羟基，改变反应路径，加速中间物种甲酸盐的分解从而提高催化剂的室温催化活性[Angew.Chem.Int.Ed.,51(2012)9628-9632]。接下来Pt系催化剂的开发研究主要集中在富羟基载体或者通过添加助剂(Ni、Fe等)增加载体表面羟基，如Pt/AlOOH[Appl.Catal.B2015,163,306-312],PtNi(OH)x/γ-Al2O3[Appl.Catal.B2017,200,543-551],Pt/NiFe-LDH[Catal.Sci.Technol.2017,7,1573-1580]，Pt/MnOx-CeO2[Appl.Catal.B,2008,81:115-121]等。虽然催化剂表现出优异的室温甲醛消除性能，但为了保持较高的催化活性，Pt负载量往往较高，高达1wt％以上，造成催化剂价格成本高，制约了其实际应用。近期，研究人员也开始关注较低载量的Pt基催化剂，Huang等使用硼氢化钠还原氯铂酸，随后负载于TiO2上，发现Pt含量仅为0.1wt％时即可在室温下将甲醛完全消除[J.Catal.2011,280,60-67]。Wu等采用真空干燥随后还原的方法获得载量为0.2wt％的Pt/SiO2催化剂，发现该处理方法能够将Pt粒子尺寸控制在0.5～0.8nm，相比于8nm尺寸的Pt物种其甲醛转化速率提高了数倍[J.Catal.2017,355,87-100]。然而这些催化剂仅在低浓度甲醛(～10ppm)原料气中表现出较高活性，并且随着相对湿度的增大，其稳定性下降，湿度耐受性有待于进一步提高，限制了其在相对湿度变化较大的实际环境中的推广与应用。本课题组曾报道了通过胶体沉淀法两步合成的载量为0.1％的Pt/TiO2催化剂用于甲醛氧化，实现了在室温下催化160ppm甲醛完全转化(专利号：201818003222.8)。但是该甲醛消除催化剂的关键在于载体必须依赖于高比表面积的TiO2，载体的放大合成以及制备步骤繁琐等问题为其实际应用带来了困难。目前，尚未有报道在商业化惰性载体上负载的载量仅为ppm级，且能够室温消除较宽浓度(5～100ppm)甲醛的Pt基催化剂。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种惰性载体负载的高效Pt基甲醛室温消除催化剂及其制备和应用。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为；一种甲醛室温消除催化剂，以惰性载体和Pt双组分构成，Pt含量为ppm级，占催化剂总质量的0.001～0.01％。惰性载体包括氧化铝、氧化硅、活性炭、氮化硼等。所述催化剂采用溶胶-浸渍法制备，采用低碳醇还原得到Pt前躯体溶胶，其中金属铂离子的浓度为10～50ppm，通过强碱控制pH为12～13，室温搅拌1～3h后移入80～160℃油浴中还原。随后加入惰性载体浸渍，搅拌2～6h，静置老化1～3h，过滤，洗涤，干燥、焙烧及还原，即得目标催化剂。所述低碳醇为甲醇、乙二醇、丙三醇、1，4-丁二醇，所述强碱为NaOH、KOH。所述催化剂需要一系列处理，条件为干燥8～24h，200～500℃焙烧3～6h，经10～100vol.％H2/He还原0.5～2h。所述催化剂可用于室温下较宽浓度甲醛消除，将组成为5～100ppm的甲醛，其余为空气以及一定湿度的原料气通过装有催化剂的固定床反应器，质量空速为1x104～1x106mLgcat-1h-1，常压室温测试尾气甲醛浓度。与已有技术相比，本专利技术具有的实质性特点是：1.本专利技术方法制备的催化剂具有贵金属负载量极低，所得到的Pt粒子尺寸相对均匀，有利于提高催化剂活性，所使用载体为惰性载体，并且使用商业氧化物，具有经济性，且室温甲醛消除效果与报道的活性载体负载的Pt基催化剂活性相当。2.本专利技术制备催化剂的方法工艺简化，一步合成，操作简便。3.在较宽的甲醛浓度范围内甲醛转化率达到100％，有利于净化空气。本专利技术催化剂适合于室温条件下较宽浓度(5～100ppm)甲醛的完全消除，产物为CO2与H2O，进而净化空气、改善生活环境。附图说明图1为实施例1和对比例1、2制备的惰性载体氧化铝负载的Pt催化剂HAADF-STEM图片。图2为实施例1、2、3制备的惰性载体氧化铝负载的Pt催化剂甲醛消除性能测试图。图3为本专利技术实施例1和对比例1制备的Pt/Al2O3催化剂甲醛消除性能对比图。图4为本专利技术实施例1和对比例2制备的Pt/Al2O3催化剂甲醛消除性能对比图。具体实施方式实施例1：将10mL浓度为10ppm的H2PtCl6丙三醇溶液置于100mL三口烧瓶中，一并加入10mL浓度为0.2molL-1的NaOH丙三醇溶液，室温搅拌混合1h后移入130℃油浴锅中还原1h，将1.0g氧化铝加入其中，搅拌3h，静置1h，趁热过滤，洗涤。将滤饼至于100℃烘箱中干燥10h，马弗炉中500℃焙烧4h，纯氢300℃还原1h，得0.01wt.％Pt/Al2O3-Col催化剂。实施例2：将1mL浓度为50ppm的H2PtCl6丙三醇溶液置于100mL三口烧瓶中，一并加入10mL浓度为0.11molL-1的NaOH丙三醇溶液，室温搅拌混合1h后移入130℃油浴锅中还原1h，将1.0g氧化铝加入其中，搅拌3h，静置1h，趁热过滤，洗涤。将滤饼至于100℃烘箱中干燥10h，马弗炉中500℃焙烧4h，纯氢300℃还原1h，得0.005wt.％Pt/Al2O3-Col催化剂。实施例3：将0.2mL浓度为50ppm的H2PtCl6丙三醇溶液置于100mL三口烧瓶中，一并加入10mL浓度为0.11molL-1的NaOH丙三醇溶液，室温搅拌混合1h后移入130℃油浴锅中还原1h，将1.0g氧化铝加入其中，搅拌3h，静置1h，趁热过滤，洗涤。将滤饼至于100℃烘箱中干燥10h，马弗炉中500℃焙烧4h，纯氢300℃还原1h，得0.001wt.％Pt/Al2O3-Col催化剂。对本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种惰性载体负载Pt基室温甲醛消除催化剂，其特征在于：包括活性组分Pt和惰性载体，其中，活性组分Pt的质量含量为催化剂总质量的0.001～0.01wt％，惰性载体为氧化铝、氧化硅、活性炭、氮化硼中的一种或二种以上。/n

【技术特征摘要】
1.一种惰性载体负载Pt基室温甲醛消除催化剂，其特征在于：包括活性组分Pt和惰性载体，其中，活性组分Pt的质量含量为催化剂总质量的0.001～0.01wt％，惰性载体为氧化铝、氧化硅、活性炭、氮化硼中的一种或二种以上。


2.如权利要求1所述催化剂，其特征在于：活性组分Pt质量含量优选为催化剂总质量的0.005～0.01wt％。


3.一种权利要求1或2所述催化剂的制备方法，其特征在于：通过溶胶-浸渍法制备；首先通过低碳醇还原得到Pt前躯体溶胶，其中金属铂离子的浓度为10～50ppm，通过NaOH、KOH控制pH为12～13，室温搅拌后移入80～160℃油浴中还原；随后加入惰性载体浸渍，搅拌2～6h，静置老化1～3h，过滤，洗涤，经干燥、焙烧、还原得到最终产物。


4.如权利要求3所述的制...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓东，孙秀成，林坚，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁;21