二氧化钛负载钌催化剂、制备方法和卤代有机物处置应用

本公开属于有机污染物处理和纳米材料制备，尤其涉及一种二氧化钛负载钌催化剂、制备方法和卤代有机物处置应用。

背景技术：

1、有机物污染物是指造成环境污染和对生态系统产生有害影响的有机化合物。卤代有机物作为一类毒性较高、难降解有机污染物不可避免地在制药行业、二次有色金属冶炼行业及焦化行业中排放，并成为有机污染物控制的难点。大部分卤代有机物对人体健康有影响，甚至存在致癌风险。因此，对卤代有机物的高效处置成为环境领域高度关注的问题之一。目前，针对卤代有机污染物的处置技术主要包括：焚烧法、冷凝法、光解法、吸附法和吸收法等，这些技术存在许多不足，如成本较高，去除率较低，反应周期较长，不能彻底降解卤代有机污染物等。催化降解技术因其催化活性较高、催化剂制备过程较为简单及成本较低等特点，在卤代有机污染物的处置应用中引起广泛关注，然而催化降解技术因催化剂易发生卤素中毒问题而被广泛关注。

2、钌(ru)作为一种与金、铂、钯相比更廉价的贵金属可通过迪肯(deacon)反应有效地将氯物种转化为氯气，而实现氯物种从催化剂表面的有效脱除，避免了催化剂因氯中毒而失活，被广泛应用于卤代有机污染物的催化降解。然而，在将钌催化剂应用于含卤代有机污染物工业废气处理的实际过程中，常因含有水分，致使水分与有机污染物争夺二氧化钛上的活性位点而导致催化剂催化效果不强，以及现有的钌催化剂在卤代有机污染物热解催化降解过程中存在降解不彻底，致使产生较多毒性较高的多卤代苯副产物等问题，制约了钌催化剂广泛应用于卤代有机污染物的处置过程中。

技术实现思路

1、针对上述技术问题，本公开提供了一种二氧化钛负载钌催化剂、制备方法和卤代有机物处置应用，以期至少部分地解决上述技术问题。

2、作为本公开的第一个方面，提供了一种二氧化钛负载钌催化剂，包括：

3、作为载体的高比例201晶面暴露的锐钛矿相二氧化钛，其中锐钛矿相二氧化钛的201晶面暴露率为60％-100％；和

4、负载在高比例201晶面暴露的锐钛矿相二氧化钛上的钌物种，钌物种包括钌单原子、钌纳米团簇和钌纳米颗粒。

5、作为本公开的第二个方面，提供了一种二氧化钛负载钌催化剂制备方法，包括：

6、在搅拌状态下，将水溶性钌盐加入到高比例201晶面暴露的锐钛矿相二氧化钛水溶液中，得到混合溶液；

7、在搅拌状态下，将硼氢化钠溶液注射到混合溶液中进行反应，得到高比例201晶面暴露的锐钛矿相二氧化钛负载钌催化剂。

8、作为本公开的第二个方面，提供了一种在处理卤代有机污染物的应用，包括：采用上述实施例中的催化剂，其中卤代有机污染物选自氯苯。

9、基于上述技术方案，本公开提供的一种二氧化钛负载钌催化剂、制备方法和卤代有机物处置应用，至少包括以下有益效果之一：

10、(1)根据本公开的实施例，选用高比例201晶面暴露的锐钛矿相二氧化钛作为催化剂载体，利用高比例201晶面具有较高表面能的特点，其能够与金属发生更强的金属-载体相互作用，增强了催化剂表面电子转移和氧化还原稳定性，而且高比例201晶面具有独特的表面形貌和表面上存在一些缺陷位点(如氧空位、ti3+缺陷)，能够使钌物种均匀负载在其表面上并提高了钌活性位点的数量；以致于将钌负载在其表面以后，所获得的二氧化钛负载钌催化剂具有较高的反应活性和稳定性。

11、(2)根据本公开的实施例，本公开提供的二氧化钛负载钌催化剂的制备方法较为简单，钌分散度较高，且钌物种能够以单原子、纳米团簇和纳米颗粒多种形式存在，提高了钌物种的催化活性。

12、(3)根据本公开的实施例，本公开提供的二氧化钛负载钌催化剂、应用于卤代有机污染物处置中，该催化剂具有良好的氧化性、抗氯性能、耐水性，且无有害副产物产生。

技术特征：

1.一种二氧化钛负载钌催化剂，包括：

2.根据权利要求1所述的催化剂，其中，钌负载量为0.1-3wt％，所述钌物种的粒径为0.1-20nm。

3.根据权利要求1所述的催化剂，其中，所述高比例201晶面暴露的锐钛矿相二氧化钛具有0.5-3μm的尺寸。

4.一种制备权利要求1-3中任一项所述催化剂的方法，包括：

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述水溶性钌盐选为rucl3·xh2o、ru(no)(no3)3、ru(no)(oocch3)3，rucl3no·h2o中任意一种。

6.根据权利要求4所述的方法，其中，所述水溶性钌盐的加入速度为0.5-4ml/h，所述硼氢化钠溶液的注射速度为0.5-3ml/h。

7.根据权利要求4所述的方法，其中，所述高比例201晶面暴露的锐钛矿相二氧化钛通过向冰醋酸和二甲基甲酰胺的混合溶液中加入钛酸四丁酯，搅拌混合均匀后，在180℃-220℃下保温8-12h而制备。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述冰醋酸与二甲基甲酰胺以1:1～2:3的体积比进行混合，所述钛酸四丁酯的投加量为所述冰醋酸体积的1/10～1/20。

9.一种采用权利要求1-3中任一项所述的催化剂在处理卤代有机污染物中的应用。

10.根据权利要求9所述的应用，其中，所述应用包括：

技术总结
本公开提供了一种二氧化钛负载钌催化剂、制备方法和应用，属于有机污染物处置和纳米材料制备技术领域，其中二氧化钛负载钌催化剂包括：作为载体的高比例201晶面暴露的锐钛矿相二氧化钛，其中锐钛矿相二氧化钛的201晶面暴露率为60％‑100％；和负载在高比例201晶面暴露的锐钛矿相二氧化钛上的钌物种，钌物种包括钌单原子、钌纳米团簇和钌纳米颗粒；所获得二氧化钛负载钌催化剂能够有效处置卤代有机污染物。本公开二氧化钛负载钌催化剂的制备方法包括：在搅拌状态下，将水溶性钌盐加入到高比例201晶面暴露的锐钛矿相二氧化钛水溶液中，得到混合溶液后；将硼氢化钠溶液注射到混合溶液中进行反应，得到高比例201晶面暴露的锐钛矿相二氧化钛负载钌催化剂。

技术研发人员：苏贵金,孙博华,李倩倩,吴明鸽
受保护的技术使用者：中国科学院生态环境研究中心
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15