一种Pt/Fe3O4催化剂的制备方法及其在低浓度甲醛低温催化氧化反应中的应用与流程

本发明属于环境保护领域，涉及一种pt/fe3o4催化剂的制备方法，及其在低浓度甲醛低温催化氧化反应中的应用。

背景技术：

随着人们生活水平的提高和居住条件的改善，室内装修已成为时尚，随之带来了越来越严重的室内空气污染。新家具和装修材料会释放一种称为甲醛的污染物,它具有较高的毒性,在我国有毒化学品优先控制名单上高居第二位，被世界卫生组织确定为致癌和致畸形物质。长期接触甲醛可引起慢性呼吸道疾病，鼻咽癌、细胞核的基因突变、白血病等疾病。近几年来,随着政府多途径对其危险性的宣传和人们对自身健康的极大关注，公众对室内装修引发的空气污染问题越来越重视。探索和发展新型高效的用于甲醛催化氧化的催化剂已成为科学家的一个重要方向。

目前，治理甲醛污染的方法有很多种，但都存在一定的缺陷。吸附剂失活与再生以及吸附容量等限制了吸附技术的应用；负离子技术对设备要求较高，且容易发生二次飞扬；在较低污染物浓度下使用绿色植物吸收，但存在作用时间慢，且作用的时效性和稳定性不确定；功耗较大、二次污染等问题也限制了低温等离子体技术的广泛应用。催化氧化技术是公认的比较理想的去除甲醛的方法，利用该技术可在较低温度下将甲醛转化为无毒的二氧化碳和水。治理甲醛的催化剂组分活性是通常采用第八族过渡贵金属(pt、pd)和第一副族的(ag、au)等催化剂。

通过查阅文献，发现在载体上负载pt、pd、ag、au等贵金属后pt的催化活性是最好的，并且在90℃即可完全氧化甲醛。但大多数的甲醛都是在较高浓度(100-1000ug/l)条件下进行反应，但当甲醛浓度较低时，由于扩散速率较慢有可能达不到很好的催化效果。

技术实现要素：

针对甲醛浓度研究范围的不足，我们通过制备pt/fe3o4催化剂实现了低浓度(1-2ug/l)甲醛的低温氧化，更贴近实际家庭装修后甲醛的消除。本发明在铁氧化物上负载贵金属铂催化剂，提高催化剂的甲醛低温氧化催化活性。

基于此，本发明目的在于，提供一种可实现低浓度甲醛低温催化氧化的pt/fe3o4催化剂及其制备方法。

一种pt/fe3o4催化剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)将氯铂酸溶液加入到硝酸铁溶液中，室温下搅拌6小时，然后将混合溶液加入到恒温水浴的碳酸钠溶液中，持续搅拌1-3小时，将得到的沉淀物离心，洗涤，干燥和焙烧，得到粉末；

(2)将步骤(1)所得的粉末经过h2/n2混合气还原，即制得pt/fe3o4催化剂。

步骤(1)中，氯铂酸溶液浓度为0.02～0.08mol/l，硝酸铁溶液浓度为0.45-0.51mol/l，碳酸钠溶液的溶度是1～2mol/l。其中，氯铂酸溶液和硝酸铁溶液的体积之比为1:7-1:39。为将氯铂酸和硝酸铁完全沉淀，碳酸钠溶液过量使用。

步骤(1)中，恒温水浴温度是60-65℃。

步骤(1)中，干燥的温度为60℃，干燥的时间为12小时。

步骤(1)中，焙烧的温度为300-400℃，焙烧的时间为2-4小时。

步骤(2)中，所述h2/n2混合气还原的温度为250-300℃，还原的时间为30分钟-1小时。

本发明制得的pt/fe3o4催化剂中，铂和四氧化三铁的质量之比是1:99～2:98。

将本发明制备的pt/fe3o4催化剂用于甲醛催化氧化反应中，甲醛浓度为1-2ug/l，在催化温度为30℃，催化剂量为200mg时，反应气流速为500ml/min，甲醛的转化率为87.6～98.6％；在催化温度为0℃，催化剂量为200mg时，反应气流速500ml/min，甲醛的转化率为78.2～85.1％。

本发明的有益效果为：

与现有技术相比，本发明制备得pt/fe3o4催化剂能在更低温度下发生甲醛催化氧化反应，且甲醛的转化率较高。

a在30℃进行的甲醛催化氧化反应中，甲醛转化率为87.6～98.6％。

b在0℃进行的甲醛催化氧化反应中，甲醛转化率为78.2～85.1％。

附图说明

图1为所制备的pt/fe3o4催化剂材料的xrd衍射谱图。

图2为所制备的pt/fe3o4催化剂材料的透射电镜图。

图3为所制备的pt/fe3o4催化剂材料的粒径分布图

图4为所制备的pt/fe3o4催化剂材料的在30℃下甲醛催化氧化反应的稳定性曲线图。

图5为所制备的pt/fe3o4催化剂材料在0℃下甲醛催化氧化反应的稳定性曲线图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和操作过程，但本发明的保护范围不限于下述实施例。

实施例1

a.取1ml0.02mol/l的氯铂酸溶液加入到13ml0.45mol/l的硝酸铁溶液中，混合均匀，然后在恒温磁力搅拌器室温下搅拌6小时，得到混合溶液。

b.配制100ml1mol/l的na2co3溶液，然后在恒温水浴槽中加热到60℃，将a步骤制得的混合溶液加入其中，持续搅拌1-3小时，冷却至室温。

c.用乙醇将样品在离心速度为9000转每分钟下，洗涤四遍，然后放入到60℃的烘箱中，干燥12小时。得到的粉末置于马弗炉中350℃煅烧2h，升温速率为2℃/min，得到棕红色的粉末。

d.将200mg的粉末经过h2/n2混合气在300℃还原30min，升温速率为2℃/min，得到黑色的pt/fe3o4，其中，pt和fe3o4的质量之比是1:99。

实施例2

a.取1ml0.02mol/l的氯铂酸溶液加入到6.9ml0.45mol/l的硝酸铁溶液中，混合均匀，然后在恒温磁力搅拌器室温下搅拌6小时，得到混合溶液。

b.配制100ml1mol/l的na2co3溶液，然后在恒温水浴槽中加热到65℃，将a步骤制得的混合溶液加入其中，持续搅拌1-3小时，冷却至室温。

c.用乙醇将样品在离心速度为9000转每分钟下，洗涤四遍，然后放入到60℃的烘箱中，干燥12小时。得到的粉末置于马弗炉中400℃煅烧2h，升温速率为2℃/min，得到棕红色的粉末。

e.将200mg的粉末经过h2/n2混合气在250℃还原1h，升温速率为2℃/min，得到黑色的pt/fe3o4，其中，pt和fe3o4的质量之比是2:98。

pt/fe3o4单载纳米结构材料的表征分析

如图1所示，从图中可以看出催化剂确实存在pt(2θ＝39.2°，45.7°，66.7°)、fe3o4(2θ＝30.1°，35.4°，36.9°，43°，53.5°，57.1°，62.7°，71.1°，74.1°)。

图2tem电镜图中可以观察到,催化剂确实为担载型结构，活性组分pt担载在fe3o4上，催化剂中pt的尺寸大小在1.5～6nm之间,fe3o4的尺寸大小在25～30nm之间。

图3为pt纳米颗粒的分布图，从图中可以看出pt颗粒尺寸大小主要分布在1～2nm之间，经测得pt最小颗粒粒径为1.0nm,最大颗粒粒径为5.6nm，平均颗粒粒径为2.0nm。

pt/fe3o4单载纳米结构材料的性能测试图分析。

将还原后的pt/fe3o4催化剂在30℃和0℃下做甲醛催化氧化反应，反应时间为3小时。

如图4所示，在30℃的温度下，随着反应时间的增加，甲醛的转化率先上升后平稳再下降，保持在87.6～98.6％的范围之内。

如图5所示，在0℃的温度下，随着反应时间的增加，甲醛的转化率先上升后下降，保持在78.2～85.1％的范围之内。