一种用于氨催化湿式氧化的高比表面积铂/碳纳米片催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于负载型碳基催化剂制备技术领域，涉及一种用于氨催化湿式氧化的高比表面积铂/碳纳米片催化剂及其制备方法和应用，包括以下步骤：将柠檬酸盐在惰性气氛下缓慢加热至煅烧温度，进行高温煅烧，采用酸洗涤高温煅烧合成的碳，去除其中的杂质纯化碳纳米片，得到活化的碳纳米片；然后将碳纳米片和氯铂酸溶液按一定质量比，采用浸渍法将Pt浸渍到活化后的碳纳米片上后，在H2氛围下置于管式炉中还原，得到高比表面积铂/碳纳米片催化剂。本发明专利技术的制备方法步骤简洁，有效地解决了催化湿式氧化氨氮催化剂材料合成路线复杂、成本高、水热稳定性差的问题；制备得到的催化剂催化湿式氧化氨氮在工业含氨废水中具有良好的应用前景。氨氮在工业含氨废水中具有良好的应用前景。氨氮在工业含氨废水中具有良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种用于氨催化湿式氧化的高比表面积铂/碳纳米片催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于负载型碳基催化剂制备
，具体涉及一种用于氨催化湿式氧化的高比表面积铂/碳纳米片催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]煤化工是我国能源和化学工业的重要组成部分，其生产过程中会产生大量含氨废水，如果处理不当，将对环境和人类健康造成严重威胁，因此，针对煤化工含氨废水的治理一直是工业界和环保部门关注的焦点。在工业生产过程中，通常采用蒸汽汽提来脱除含氨废水中的氨。然而，高浓度的酸性组分可能会限制氨的有效脱除，这是因为在酸性组分的存在下，氨更倾向以离子态存在而使其脱除难度增大。尽管通过汽提处理后，废水中残留氨的浓度得到了控制，但出水中氨氮和其他有害物质仍有可能会影响下游硝化
‑
反硝化工艺，抑制生物体的生长和代谢，增加生化装置紊乱的风险。
[0003]考虑到含氨废水源自煤化工和石油炼制厂，具有完整的空分装置和足够的中低温废热，采用催化湿式氧化技术(CWAO)处理汽提后的含氨废水是一种可行的工艺路线。CWAO技术能在一定的温度和压力下，以氧气或空气作为氧化剂，在催化剂的存在下生成具有强氧化性的自由基，自由基能够进攻污水中的有机物、氨，使其氧化分解成CO2、H2O及N2等无害物质。CWAO技术在实现高效率的深度氧化治理的同时还可以回收部分废水中的余热，达到节能减排的效果，因此，CWAO技术在煤化工含氨废水的治理中具有广阔的应用前景。
[0004]目前，虽然已经开发了许多用于氨氮CWAO的催化剂，但是大多催化剂的合成步骤是极为复杂的，增加了生产成本、限制了推广使用。因此，如何开发一种低成本、高经济性、高催化活性和稳定性催化剂的合成策略是催化剂领域关注的焦点问题，也是CWAO在工业上广泛应用的关键。
[0005]多孔碳是一种具有高度孔隙结构的碳材料，由于其具有的高比表面积、高化学稳定性、良好的导电性、成本低等优点而受到了广泛关注。基于此，本专利技术提出了一种简便合成策略，通过碳化柠檬酸盐，合成高比表面积、孔隙复杂的碳纳米片做载体，负载高活性的Pt，制备了高比表面积负载型铂基催化剂，将制备的催化剂用于中浓氨水的催化湿式氧化。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于解决现有技术中存在的上述问题，提出了一种用于氨催化湿式氧化的高比表面积铂/碳纳米片催化剂及其制备方法和应用，该制备方法的步骤简洁，有效地解决了催化湿式氧化氨氮催化剂材料合成路线复杂、成本高、水热稳定性差的问题；采用该方法制备的碳纳米片具有极高的比表面积，微孔、介孔孔道丰富，为活性金属提供了大量结合位点，能够促进催化湿式氧化氨氮中反应物的吸附、活化和反应等过程的进行；本专利技术的高比表面积铂/碳纳米片催化材料催化湿式氧化氨氮在工业含氨废水中具有良好的应用前景。
[0007]本专利技术的技术方案是：
[0008]一种用于氨催化湿式氧化的高比表面积铂/碳纳米片催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0009](1)将柠檬酸盐在惰性气氛下进行煅烧碳化，采用程序升温，以3～10℃
·
min
‑1升温速率升温至煅烧温度600～900℃，保温1～4h，得到含有杂质的碳化后样品；
[0010]在碳化过程中，金属阳离子在氮气的惰性氛围下形成相应的碳酸盐化合物，随着反应温度升高，碳酸盐化合物被热分解为相应的氧化物，由于金属离子在柠檬酸盐中是均匀分散的，因此上述过程能够在形成的碳纳米片上形成均匀的微介孔结构。
[0011](2)将煅烧后含有杂质的碳化后样品研磨后进行酸洗，然后洗涤、干燥，得到具有高比表面积的碳纳米片；
[0012](3)将碳纳米片和氯铂酸溶液按碳纳米片与铂的质量比(19～399)：1的比例加入去离子水中，室温搅拌22～26h，将铂浸渍均匀地负载到碳纳米片上，得到负载有铂的碳纳米片；
[0013]上述步骤(3)中金属铂的负载量为0.25％～5％之间，计算得到碳纳米片与铂的质量比为(19～399)：1。优选地，金属铂负载量为1％，即碳纳米片与铂的质量比为99：1，即99g高比表面积的碳纳米片：1g铂。
[0014](4)将负载有铂的碳纳米片置于氢气气氛中，采用程序升温，以3～10℃
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min
‑1升温速率升温至150～500℃，并在此温度保持1～3h，持续还原一段时间，为了使铂离子被还原为铂原子，从而形成高比表面积铂/碳纳米片催化剂。
[0015]上述制备方法，首先采用柠檬酸盐作为碳源，在氮气保护下缓慢加热至煅烧温度，进行高温煅烧；采用稀盐酸洗涤高温煅烧合成的碳，去除其中的杂质纯化碳纳米片，得到活化的碳纳米片；然后采用浸渍法将Pt浸渍到活化后的碳纳米片上后，在H2氛围下置于管式炉中还原，得到高比表面积铂/碳纳米片催化剂。
[0016]进一步的，所述步骤(1)中，柠檬酸盐为柠檬酸钠、柠檬酸钾或柠檬酸钙中的任一种或几种。
[0017]进一步的，所述步骤(1)中，惰性气氛为氮气气氛或氩气气氛。
[0018]进一步的，所述步骤(2)中酸洗使用的酸为质量分数5～30％的盐酸溶液，目的是为了使用稀盐酸将步骤(1)中碳化过程中产生的金属氧化物、冷却的金属蒸汽等杂质洗涤去除，纯化、活化碳纳米片。
[0019]进一步的，所述步骤(2)中用去离子水洗涤至pH为6.5～7.5，然后在55～65℃干燥。
[0020]进一步的，所述步骤(3)中碳纳米片和氯铂酸溶液按质量比为碳纳米片：铂＝99：1加入到去离子水中。
[0021]进一步的，所述步骤(3)中氯铂酸溶液的浓度为0.01～0.02g
·
mL
‑1。因此，当按照高比表面积的碳纳米片与铂的质量比99：1进行计算时，得到碳纳米片和氯铂酸溶液的质量体积比为1：1.415，即1g高比表面积的碳纳米片需要1.415mL氯铂酸溶液。
[0022]本专利技术还保护采用上述制备方法制得的用于氨催化湿式氧化的高比表面积铂/碳纳米片催化剂。
[0023]本专利技术还保护采用上述制备方法制得的用于氨催化湿式氧化的高比表面积铂/碳
纳米片催化剂的应用，所述应用为将该催化剂用于催化湿式氧化氨。
[0024]本专利技术的有益效果：
[0025](1)本专利技术提供的制备方法，工艺简单，成本低廉；制备得到的高比表面积铂/碳纳米片催化剂，充分利用和发挥了碳纳米片结构的高比表面积和内部互通的微介孔孔道，为活性金属提供了丰富的结合位点，促进了催化湿式氧化氨氮中反应物的吸附、活化和反应等过程的进行，所制备的负载型铂/碳纳米片催化剂材料在含氨废水的CWAO中具有良好的应用前景。
[0026](2)本专利技术制备的高比表面积铂/碳纳米片催化剂，利用多孔碳极高的比表面积，为催化剂活性中心提供了足够的结合位点；利用多孔碳复杂的天然结构、比表面积和表面基团，作为载体时可以容易地捕获和吸附金属前体、锚定活性金属，提高了催化剂稳定性，减少了活性金属的浸出；并且碳纳米片本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于氨催化湿式氧化的高比表面积铂/碳纳米片催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将柠檬酸盐在惰性气氛下进行煅烧碳化，采用程序升温，以3～10℃
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‑1升温速率升温至煅烧温度600～900℃，保温1～4h，得到含有杂质的碳化后样品；(2)将煅烧后含有杂质的碳化后样品研磨后进行酸洗，然后洗涤、干燥，得到具有高比表面积的碳纳米片；(3)将碳纳米片和氯铂酸溶液按碳纳米片与铂的质量比(19～399)：1的比例加入去离子水中，室温搅拌22～26h，将铂浸渍均匀地负载到碳纳米片上，得到负载有铂的碳纳米片；(4)将负载有铂的碳纳米片置于氢气气氛中，采用程序升温，以3～10℃
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‑1升温速率升温至150～500℃，并在此温度保持1～3h，得到高比表面积铂/碳纳米片催化剂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，柠檬酸盐为柠檬酸钠、柠檬酸钾或柠檬酸钙中的任一种或几种。3.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋红兵，丰丙萧，盖恒军，杨东霖，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：