一种负载型铂钛光热催化剂及其制备方法和应用

本发明属于催化剂制备，涉及一种负载型铂钛光热催化剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、室内空气质量与人类健康密切相关，尤其在大气污染和室内空气污染日益加剧的背景下，净化室内空气、营造一个舒适健康的室内环境尤为重要。据世卫组织报道，室内挥发性有机物(vocs)的暴露会导致严重的健康风险。大多数vocs具有黏膜刺激性，可对人体皮肤和呼吸系统造成持续损伤，从而严重影响室内人员的健康和工作效率。持续的vocs暴露不仅对人体造成感官刺激，当这些物质在居室中达到一定浓度时，人们可能在短时间内出现头痛、恶心、呕吐、乏力等症状，严重时还可能引发抽搐、昏迷，并对肝脏、肾脏、大脑和神经系统等造成损害。其中，甲醛可致癌与致畸，可能引发包括白血病、肺癌等在内的多种疾病。除此之外，室内其他常见污染物包括苯系物、含氧vocs、含氯vocs等也被认定为高风险污染物，引起了全社会对室内空气质量的广泛关注。

2、综合治理被视为净化室内空气的有效途径。可通过通风换气、安装新风系统、选择生态环保装饰装修材料、安装空气净化器或养殖绿色植物等多种方式改善室内空气。目前，针对室内vocs的去除有多种处理方式，按基本原理可大致分为吸附、热催化、光催化、等离子放电催化以及多技术复合等手段。

3、cn113663689a公开了一种用于净化空气中甲醛的光热催化炭材料，由具有光热协同催化功能的催化剂和活性炭载体组成。其所述光热催化炭材料将活性炭的吸附净化性能与催化剂的光热催化净化性能相结合，实现吸附与光热催化协同高效净化甲醛气体污染物。

4、cn113522307a公开了一种用于净化空气中有机气体污染物及抑菌的z型异质结光热催化剂，由铜的氧化物、银、钛酸锶或二氧化钛组成，其光生电荷呈现z型传递路径。其所述异质结催化剂可以通过光热协同催化氧化作用净化室内甲醛、甲苯等有机气体污染物。

5、上述方案制得催化剂虽然可以一定程度净化室内有机气体污染物，但是稳定性较差，且催化活性较低，难以在实际中应用。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种负载型铂钛光热催化剂及其制备方法和应用，本发明所述方法制得催化剂光热催化降解甲苯、甲醛、丙酮等常见的室内污染物活性优异，且性能稳定，具有广阔的应用前景。

2、为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供了一种负载型铂钛光热催化剂的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

4、(1)将钛氧化物在氨气和氮气的混合气氛下进行烧结，得到氮掺杂的钛氧化物；

5、(2)将铂源与硝酸混合，得到含铂溶液，将所述含铂溶液与氮掺杂的钛氧化物混合，得到前驱体；

6、(3)对所述前驱体进行焙烧，经还原处理，得到所述负载型铂钛光热催化剂。

7、本发明所述载体通过对钛氧化物进行氮化处理，氮取代氧在钛氧化物表面形成更多的氧空位，显著提升了催化剂在可见光区的吸收效果。负载铂则有效提升了催化剂光生电荷分离效率，进一步的氢化还原提升了催化剂的光致热效率，同时促进了活性氧物种的产生，氮掺杂的钛氧化物和铂纳米颗粒形成的界面更有利于污染物的吸附和活化，从而促进甲苯等污染物的高效去除。

8、优选地，步骤(1)所述钛氧化物包括二氧化钛。

9、优选地，所述二氧化钛包括锐钛矿型二氧化钛。

10、优选地，以所述氨气和氮气的总体积为100％计，所述氨气的体积分数为0.5～5％，例如：0.5％、1％、2％、3％或5％等，优选为0.8～1.2％。

11、优选地，步骤(1)所述烧结的温度为400～600℃，例如：400℃、450℃、500℃、550℃或600℃，优选为450～550℃。

12、优选地，所述烧结的时间为2～4h，例如：2h、2.5h、3h、3.5h或4h等。

13、优选地，步骤(2)所述铂源包括硝酸四氨合铂。

14、优选地，所述硝酸的浓度为50～70％，例如：50％、55％、60％、65％或70％等。

15、优选地，所述铂源和硝酸的质量体积比为20～50g/l，例如：20g/l、25g/l、30g/l、40g/l或50g/l等。

16、优选地，步骤(2)所述含铂溶液中铂元素与氮掺杂的钛氧化物的质量比为(0.2～0.8):(99.2～99.8)，例如：0.2:99.8、0.3:99.7、0.5:99.5、0.6:99.4或0.8:99.2等。

17、优选地，步骤(2)所述混合后进行超声搅拌。

18、优选地，所述超声搅拌的时间为5～20min，例如：5min、8min、10min、15min或20min等。

19、优选地，所述超声搅拌后进行蒸发干燥处理。

20、优选地，步骤(3)所述焙烧的温度为300～600℃，例如：300℃、350℃、400℃、500℃或600℃等，优选为350～550℃。

21、优选地，所述焙烧的时间为1～3h，例如：1h、1.5h、2h、2.5h或3h等。

22、优选地，步骤(3)所述还原处理的气氛包括氢气和氮气。

23、优选地，所述还原处理的温度为80～200℃，例如：80℃、100℃、120℃、150℃或200℃等，优选为90～120℃。

24、优选地，所述还原处理的时间为0.5～1.5h，例如：0.5h、0.8h、1h、1.2h或1.5h等。

25、第二方面，本发明提供了一种负载型铂钛光热催化剂，所述负载型铂钛光热催化剂通过如第一方面所述方法制得。

26、优选地，所述负载型铂钛光热催化剂包括n-tio2载体和负载于所述n-tio2载体上的铂。

27、优选地，以所述负载型铂钛光热催化剂的质量为100％计，所述铂的质量分数为0.2～0.8％，例如：0.2％、0.4％、0.5％、0.7％或0.8％等。

28、第三方面，本发明提供了一种如第二方面所述负载型铂钛光热催化剂的应用，所述负载型铂钛光热催化剂用于光热催化降解室内污染物。

29、优选地，所述室内污染物包括甲苯、甲醛、丙酮、氨气或乙酸乙酯中的任意一种或至少两种的组合。

30、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

31、(1)本发明所述光热催化剂的合成方法简便、易操作，光热催化性能优异。在较低光强度下，催化剂实现对室内常见vocs的高效转化和矿化，且性能稳定。

32、(2)本发明所述光热催化剂在污染物浓度为200ppm，空速为50000ml g-1h-1条件下，光功率密度为260mw/m2时，催化剂光致热温度为126℃，60min后，对甲苯的转化率可达95.1％以上，矿化率可达94.2％以上。同时催化剂对室内常见的污染物如甲醛、氨气、丙酮和乙酸乙酯等也表现出优异的光热催化活性。

技术特征：

1.一种负载型铂钛光热催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述钛氧化物包括二氧化钛；

3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述烧结的温度为400～600℃，优选为450～550℃；

4.如权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述铂源包括硝酸四氨合铂；

5.如权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述含铂溶液中铂元素与氮掺杂的钛氧化物的质量比为(0.2～0.8):(99.2～99.8)。

6.如权利要求1-5任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述混合后进行超声搅拌；

7.如权利要求1-6任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述焙烧的温度为300～600℃，优选为350～550℃；

8.如权利要求1-7任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述还原处理的气氛包括氢气和氮气；

9.一种负载型铂钛光热催化剂，其特征在于，所述负载型铂钛光热催化剂通过如权利要求1-8任一项所述方法制得；

10.一种如权利要求9所述负载型铂钛光热催化剂的应用，其特征在于，所述负载型铂钛光热催化剂用于光热催化降解室内污染物；

技术总结
本发明提供了一种负载型铂钛光热催化剂及其制备方法和应用，所述制备方法包括以下步骤：(1)将钛氧化物在氨气和氮气的混合气氛下进行烧结，得到氮掺杂的钛氧化物；(2)将铂源与硝酸混合，得到含铂溶液，将所述含铂溶液与氮掺杂的钛氧化物混合，得到前驱体；(3)对所述前驱体进行焙烧，经还原处理，得到所述负载型铂钛光热催化剂。本发明所述方法制得催化剂光热催化降解甲苯、甲醛、丙酮等常见的室内污染物活性优异，且性能稳定，具有广阔的应用前景。

技术研发人员：贺泓,马金珠,王慧慧,赵倩
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：2024/3/17