弱还原法制备超低负载量单原子贵金属催化剂方法与应用

本发明涉及环境催化，特别涉及一种弱还原法制备超低负载量单原子贵金属催化剂方法与应用。

背景技术：

1、在细颗粒物与臭氧协同控制以及减污降排的背景下，挥发性有机化合物(vocs)替代二氧化硫列入大气环境质量的约束性指标。作为o3和pm2.5形成的重要前体物，vocs对人体健康及环境造成极大危害。因此vocs的污染防治将成为大气污染控制的关键与重点。当前，催化燃烧技术成为vocs销毁技术的主要技术之一，该技术可以将vocs氧化为co2和h2o，无二次污染，且具有技术成熟、操作简单、净化效率高等优点，被广泛应用于典型化工行业高中低浓度有机废气的处理。但该技术所使用的催化剂普遍存在成本较高，稳定性差等问题。因此，设计与制备低成本且可高效稳定降解vocs的催化剂具有非常重要的研究意义和社会效应。

2、目前，负载型贵金属催化剂和过渡性金属氧化物常被用于vocs的催化燃烧。其中负载型贵金属催化剂由于在低温下具有较好的催化效率和广泛的适用性，已经在商业上得到大规模应用。但是负载型贵金属催化剂仍存在以下一些问题：(1)活性组分贵金属负载量高，实际参与反应的贵金属量低；(2)贵金属价格昂贵，贵金属的高负载量大大提高了催化剂的成本。(3)贵金属来源较少，比较稀缺。因此，减少贵金属的负载量，并确保催化剂的高性能非常重要。

3、对于负载型贵金属催化剂，其催化性能在很大程度上取决于贵金属负载量、贵金属颗粒大小、载体的性质和制备方法等。为了提高催化剂的性能以及降低贵金属的负载量，国内外学者尝试通过不同的制备方法提高贵金属的分散度来提高贵金属的利用率从而降低贵金属负载量。研究表明制备高分散性的单原子贵金属催化剂可以极大地提高贵金属的利用率，但降低贵金属负载量的同时，催化剂的性能也大幅降低。但目前，未发现关于弱还原法制备超低负载量的单原子贵金属催化剂并应用于化工行业排放vocs的催化氧化的研究与报道。

4、因此，如何快速制备出高效稳定且负载量低的贵金属催化剂是目前需要解决的问题。

技术实现思路

1、本发明提供一种弱还原法制备超低负载量单原子贵金属催化剂方法与应用，旨在制备出高效稳定且负载量低的贵金属催化剂。

2、为了实现上述发明目的，本发明提出一种弱还原法制备超低负载量单原子贵金属催化剂方法，所述催化剂由活性组分贵金属颗粒和载体组成，所述方法包括：

3、将贵金属前驱体溶解于有机醇中，在预设温度下搅拌预设时长，得到溶液a；

4、向所述溶液a中加入载体并搅拌均匀，得到悬浊液b，将所述悬浊液b进行抽滤、洗涤、干燥得到超低负载量单原子贵金属催化剂。

5、进一步地，所述贵金属前驱体为氯化铂、醋酸四氨合铂、硝酸四氨合铂、硝酸铂、氯化金、氯化钯、醋酸钯、硝酸银以及醋酸钌中的任意一种。

6、进一步地，所述贵金属颗粒的尺寸小于1nm。

7、进一步地，所述有机醇为甲醇、乙醇、乙二醇、甘油中的一种或多种混合溶液。

8、进一步地，所述预设温度为30～80℃。

9、进一步地，所述搅拌预设时间为10～60min。

10、进一步地，所述载体为sio2、al2o3、tio2、ceo2中的任意一种。

11、进一步地，所述超低负载量单原子贵金属催化剂的贵金属负载量为0.002～2wt.％。

12、本申请还提供一种超低负载量单原子贵金属催化剂的应用，将权利要求1-8任一项所述的超低负载量单原子贵金属催化剂应用于化工行业排放尾气的催化燃烧领域中。

13、有益效果：本发明中，将贵金属前驱体溶解于有机醇中，在预设温度下搅拌预设时长，得到均匀分散了贵金属前驱体的溶液a；向所述溶液a中加入载体并搅拌均匀，得到悬浊液b，将所述悬浊液b进行抽滤、洗涤、干燥得到贵金属负载量低且尺寸小的超低负载量单原子贵金属催化剂，实现了超低负载量单原子贵金属催化剂的制备，该超低负载量单原子贵金属催化剂具备低起燃温度、高性能和高稳定性的性能，可应用于化工行业排放尾气的催化燃烧领域中，有效解决了传统贵金属基催化剂成本高、传质效果差、活性低和稳定性低等问题。此外，基于该超低负载量单原子贵金属催化剂的制备方法简单易操作、贵金属使用量低、应用广泛，可实现大规模制备。

技术特征：

1.一种弱还原法制备超低负载量单原子贵金属催化剂方法，其特征在于，所述催化剂由活性组分贵金属颗粒和载体组成，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的弱还原法制备超低负载量单原子贵金属催化剂方法，其特征在于，所述贵金属前驱体为氯化铂、醋酸四氨合铂、硝酸四氨合铂、硝酸铂、氯化金、氯化钯、醋酸钯、硝酸银以及醋酸钌中的任意一种。

3.根据权利要求1所述的弱还原法制备超低负载量单原子贵金属催化剂方法，其特征在于，所述贵金属颗粒的尺寸小于1nm。

4.根据权利要求1所述的弱还原法制备超低负载量单原子贵金属催化剂方法，其特征在于，所述有机醇为甲醇、乙醇、乙二醇、甘油中的一种或多种混合溶液。

5.根据权利要求1所述的弱还原法制备超低负载量单原子贵金属催化剂方法，其特征在于，所述预设温度为30～80℃。

6.根据权利要求1所述的弱还原法制备超低负载量单原子贵金属催化剂方法，其特征在于，所述搅拌预设时间为10～60min。

7.根据权利要求1所述的弱还原法制备超低负载量单原子贵金属催化剂方法，其特征在于，所述载体为sio2、al2o3、tio2、ceo2中的任意一种。

8.根据权利要求1所述的弱还原法制备超低负载量单原子贵金属催化剂方法，其特征在于，所述超低负载量单原子贵金属催化剂的贵金属负载量为0.002～2wt.％。

9.一种超低负载量单原子贵金属催化剂的应用，其特征在于，将权利要求1-8任一项所述的超低负载量单原子贵金属催化剂应用于化工行业排放尾气的催化燃烧领域中。

技术总结
本发明属于环境催化技术领域，特别是涉及一种弱还原法制备超低负载量单原子贵金属催化剂方法与应用，其中，方法包括：将贵金属前驱体溶解于有机醇中，在预设温度下搅拌预设时长，得到溶液A；向所述溶液A中加入载体并搅拌均匀，得到悬浊液B，将所述悬浊液B进行抽滤、洗涤、干燥得到超低负载量单原子贵金属催化剂。本发明以有机醇为弱还原剂，于室温下将贵金属前驱体还原为单原子并高度分散在载体上，进而得到超低负载量单原子贵金属催化剂，该催化剂在化工行业排放的典型VOCs的催化燃烧过程中展现出低起燃温度、高性能和高稳定性。此外，本发明的制备方法简单易操作、贵金属使用量低、应用广泛，可实现大规模制备。

技术研发人员：温美成,刘伟娟,宋胜男,邓伟强,安太成
受保护的技术使用者：广东工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14