一种Pt/MnCo2O4/泡沫镍复合材料的制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种Pt/MnCo2O4/泡沫镍复合材料的制备方法及应用，涉及环境保护与治理领域，具体包括如下步骤：步骤一、通过预处理去除泡沫镍表面的NIO层和油污；步骤二、通过水热法在预处理后的泡沫镍上合成MnCo2O4纳米片，获得MnCo2O4/泡沫镍复合材料；步骤三、通过氢气预还原/光照预还原结合沉积法在MnCo2O4/泡沫镍复合材料上负载Pt，获得Pt/MnCo2O4/泡沫镍复合材料；本发明专利技术的提供的复合材料与常规的催化剂相比，具有催化活性高、热稳定性强等优点，其制备工艺简单、绿色环保，可实现大规模生产，是一种极有潜力的VOCs催化氧化材料，在VOCs的治理中具有广阔的应用前景。治理中具有广阔的应用前景。治理中具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种Pt/MnCo2O4/泡沫镍复合材料的制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及环境保护与治理领域，具体而言，涉及一种Pt/MnCo2O4/泡沫镍复合材料的制备及应用。

技术介绍

[0002]工业活动排放的挥发性有机化合物VOCs，不仅会引起光化学烟雾、造成臭氧层破坏，长期生活在VOCs气体之下，还会严重危害人类的身体健康；因此，VOCs的后处理对去除光化学烟雾、提升空气质量、改善人们所处的生态环境、保护大众的身体健康至关重要。
[0003]近年来，以催化燃烧为代表的VOCs控制技术逐渐兴起，并且取得了很大的进步。催化剂作为催化燃烧技术的核心而成为催化燃烧技术的重点考察对象。催化燃烧所采用的催化剂主要分为负载型贵金属催化剂和过渡金属氧化物催化剂两种，贵金属催化剂如Pt、Pd等是目前国内外普遍采用的催化剂，但是贵金属价格昂贵资源有限，无法广泛应用。过渡金属氧化物催化剂由于资源比较丰富，价格相对低廉易获得，因此被选作为贵金属的替代品得到广泛的研究。Co3O4作为一种过渡金属氧化物，是催化氧化VOCs常用的催化剂，其因价格低廉并且催化效果优良，受到学者的广泛研究。但Co3O4的热稳定性和机械强度低，在高温条件下易分解为相应的氧化物，限制了其进一步应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术的一个目的是通过对Co3O4进行改性处理，在降低贵金属催化剂Pt负载的同时，提高其催化性能，开发一种具有高催化活性和热稳定性的复合催化材料及其制备方法。
[0005]为了实现根据本专利技术的这些目的和其他优点，提供了一种Pt/MnCo2O4/泡沫镍复合材料，以泡沫镍和经锰修饰的四氧三钴的复合氧化物为载体，负载铂；所述复合材料中，铂的质量含量为1wt％。
[0006]为了实现根据本专利技术的这些目的和其他优点，本专利技术还提供了一种Pt/MnCo2O4/泡沫镍复合材料的制备方法，包括如下步骤：
[0007]步骤一、通过预处理去除泡沫镍表面的NIO层和油污；
[0008]步骤二、通过水热法利用Mn取代Co3O4中的A位Co，以在预处理后的泡沫镍上生成MnCo2O4纳米片，获得MnCo2O4/泡沫镍复合材料；
[0009]步骤三、采用沉积法在MnCo2O4/泡沫镍复合材料上负载Pt，获得Pt/MnCo2O4/泡沫镍复合材料。
[0010]优选的是，将泡沫镍置于盐酸中超声洗涤5～10min，除去泡沫镍表面的NIO层，再依次用去离子水和乙醇在超声洗涤5～10min，除去表面油污，干燥后获得经过预处理的泡沫镍。
[0011]优选的是，所述步骤二包括：
[0012]S11、称取按比例称取硝酸钴、硝酸锰、氟化铵和尿素于70ml去离子水中，搅拌均匀获得混合液；
[0013]S12、将一定量混合液和预处理后的泡沫镍一同转移至反应釜中，密封加热，进行水热反应，反应结束后，自然冷却至室温后，取出反应产物依次用去离子水和乙醇清洗3～5次，置于烘干箱中过夜干燥，干燥产物在马弗炉内高温焙烧，获得具有MnCo2O4纳米片结构的MnCo2O4/泡沫镍复合材料。
[0014]优选的是，所述混合液中硝酸钴、硝酸锰、氟化铵和尿素的摩尔比为1:1:10:25。
[0015]优选的是，所述水热反应的温度是120℃，反应时间是12h；所述干燥产物在马弗炉中的焙烧温度是400℃，焙烧时间是2h。
[0016]优选的是，所述步骤三中，采用沉积法在MnCo2O4/泡沫镍复合材料上负载Pt前进行还原预处理，所述还原预处理为氢气预还原或光照预还原。
[0017]优选的是，通过氢气预还原在MnCo2O4/泡沫镍上负载Pt，具体包括：将步骤二获得的MnCo2O4/泡沫镍复合材料置于管式炉中，通入气氛为H2和N2的混合气体，加热至400℃进行预还原；在预还原后的MnCo2O4/泡沫镍复合材料的表面滴加0.5ml浓度为1mmol/L的H2PtCl6溶液，然后将其放入烘箱过夜干燥，将干燥产物置于马弗炉中400℃焙烧2h，获得Pt/MnCo2O4/泡沫镍复合材料；所述H2和N2的混合气体中，H2的体积含量为10vol.％。
[0018]优选的是，通过光照预还原在MnCo2O4/泡沫镍上负载Pt，具体包括：将步骤二获得的MnCo2O4/泡沫镍复合材料在氙灯辐照下处理30min；取0.5ml浓度为1mmol/L的H2PtCl6溶液滴在辐照后的MnCo2O4/泡沫镍复合材料表面，随后放入烘箱中过夜干燥，将所得干燥样品在马弗炉中400℃焙烧2h，获得Pt/MnCo2O4/泡沫镍复合材料。
[0019]本专利技术还提供了一种Pt/MnCo2O4/泡沫镍复合材料的应用，将Pt/MnCo2O4/泡沫镍复合材料应用在甲苯的催化燃烧试验中，具体包括：
[0020]S21、称取一定量的Pt/MnCo2O4/泡沫镍复合材料于管式固定床反应器中，控制反应器升温至150℃进行预处理；
[0021]S22、通入甲苯、O2和N2的混合气体，控制温度从150℃升温至350℃，升温速率为2℃
·
min
‑1；具体的，反应器入口气体成分为400ppm甲苯、20vol.％O2和N2为平衡气，气体的总流量为100ml
·
min
‑1，空速为12000ml
·
g
‑1·
h
‑1；
[0022]S23、通过配备使用FT
‑
IR气体分析仪(EN
‑
308)测量出口气体中二氧化碳的浓度；甲苯转化率(X
toluene
)和CO2选择性分别由以下两个方程计算：
[0023][0024][0025]式中，C
out
和C
In
分别代表甲苯在反应器出口和入口浓度，代表反应器出口的二氧化碳浓度；本专利技术用二氧化碳的选择性来替代甲苯转化率；
[0026]S24、用二氧化碳收率为50％时对应的温度和二氧化碳收率为90％时对应的温度来评价复合材料的催化活性；
[0027]S25、在400ppm甲苯、20vol.％O2和N2的混合气氛中、反应器温度为200～300℃、空速12000mL
·
g
‑1·
h
‑1下评价复合材料的循环稳定性，通过程序对复合材料升温再冷却，重
复六次，测定复合材料的循环稳定性；
[0028]S26、在400ppm甲苯、20vol.％O2和N2的混合气氛中、反应器温度为210℃、空速48000mL
·
g
‑1·
h
‑1，复合材料质量为100mg的条件下评价复合材料56h的稳定性。
[0029]相较于现有技术本专利技术至少包括以下有益效果：
[0030](1)本专利技术提供的Pt/MnCo2O4/泡沫镍复合材料，与常规的催化剂相比，具有催化活性高、热稳定性强等优点，其通过水热反应、焙烧、氢气预还原/光照预还原沉积等工艺制备，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Pt/MnCo2O4/泡沫镍复合材料，其特征在于，以泡沫镍和经Mn修饰的Co3O4的复合氧化物为载体，负载Pt；所述复合材料中，Pt的质量含量为1wt％。2.一种如权利要求1所述的Pt/MnCo2O4/泡沫镍复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、通过预处理去除泡沫镍表面的NIO层和油污；步骤二、通过水热法利用Mn取代Co3O4中的A位Co，以在预处理后的泡沫镍上生成MnCo2O4纳米片，获得MnCo2O4/泡沫镍复合材料；步骤三、采用沉积法在MnCo2O4/泡沫镍复合材料上负载Pt，获得Pt/MnCo2O4/泡沫镍复合材料。3.根据权利要求2所述的Pt/MnCo2O4/泡沫镍复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤一包括：将泡沫镍置于盐酸中超声洗涤5～10min，除去泡沫镍表面的NIO层，再依次用去离子水和乙醇在超声洗涤5～10min，除去表面油污，干燥后获得经过预处理的泡沫镍。4.根据权利要求2所述的Pt/MnCo2O4/泡沫镍复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤二包括：S11、称取按比例称取硝酸钴、硝酸锰、氟化铵和尿素于70ml去离子水中，搅拌均匀获得混合液；S12、将一定量混合液和预处理后的泡沫镍一同转移至反应釜中，密封加热，进行水热反应，反应结束后，自然冷却至室温后，取出反应产物依次用去离子水和乙醇清洗3～5次，置于烘干箱中过夜干燥，干燥产物在马弗炉内高温焙烧，获得具有MnCo2O4纳米片结构的MnCo2O4/泡沫镍复合材料。5.根据权利要求4所述的Pt/MnCo2O4/泡沫镍复合材料的制备方法，其特征在于，所述混合液中硝酸钴、硝酸锰、氟化铵和尿素的摩尔比为1:1:10:25。6.根据权利要求4所述的Pt/MnCo2O4/泡沫镍复合材料的制备方法，其特征在于，所述水热反应的温度是120℃，反应时间是12h；所述干燥产物在马弗炉中的焙烧温度是400℃，焙烧时间是2h。7.根据权利要求2所述的Pt/MnCo2O4/泡沫镍复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤三中，采用沉积法在MnCo2O4/泡沫镍复合材料上负载Pt前进行还原预处理，所述还原预处理为氢气预还原或光照预还原。8.根据权利要求7所述的Pt/MnCo2O4/泡沫镍复合材料的制备方法，其特征在于，通过氢气预还原在MnCo2O4/泡沫镍上负载Pt，具体包括：将步骤二获得的MnCo2O4/泡沫镍复合材料置于管式炉中，通入气氛为H2和N2的混合气体，加热至400℃进行预还原；在预还原后的MnCo2O4/泡沫镍复合材料的表面滴加取0.5ml浓度为1mmol/L的H2PtCl6溶液，然后将其放入烘箱过夜干燥，将干燥产物置于马弗炉中400℃焙烧2h，获得Pt/...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘国际，白文才，曹春梅，徐丽，肖婕妤，向勇，臧周轩，宋喜旺，方鑫，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：