一种基于高岭土合成封装型Pt@ZSM-5双功能材料的方法与应用

本发明属于材料与环境化工领域，具体涉及一种基于高岭土合成封装型pt@zsm-5双功能材料的方法与应用。

背景技术：

1、内燃柴油机尾气一直是世界环境污染的重要来源，尾气中通常含有大量的一氧化碳(co)、氮氧化物(nox)、碳氢化合物(hcs)、二氧化硫(so2)和颗粒物等有害物质，不仅会导致严重的大气污染，还会危害人类的身体健康。为了获得更高的燃油效率，先进内燃机技术相继开发，例如低温燃烧技术。低温燃烧技术会使nox和颗粒物的排放显著减少，但温度的降低会导致燃烧的不充分，co和hcs的排放会有所增加，这就要求后处理催化剂能够在低温下发挥作用。具体而言，美国能源部提出了在150°c下消除90%的车辆危险排放物（碳氢化合物（hcs）、一氧化碳、氮氧化物（nox））（即150°c challenge）。在实际中，有相当大一部分hcs（最高可达80%左右）会在冷启动期间（后处理催化剂达到起燃温度前）释放。此外，不同污染物种类（co、nox、hcs等）的法规要求正变得越来越严格。这些因素的结合决定了对改进排放控制技术和后处理系统的需求。

2、沸石分子筛指一类具有筛分作用的天然及人工合成的晶态硅铝酸盐，具有有序的微孔体系、独特的骨架结构、良好的空间纳米限域效应和优越的（水）热稳定性。其中zsm-5分子筛不仅是一类良好的吸附材料，而且是一种理想的催化载体，能够在其骨架和骨架相关位点以及骨架外位置植入包括单原子、团簇和纳米颗粒在内的多种活性金属物种。因此，zsm-5分子筛被认为是hcs吸附催化一体化材料的良好候选者。

3、高岭土是一种常见非金属矿物材料，属于1:1型层状硅酸盐。高岭土的基本组成成分是高岭石，其晶体化学式为2sio2·al2o3·2h2o，理论化学组成为46.54%sio2，39.5%al2o3，13.96%h2o。高岭土在我国储藏丰富且价格低廉，硅铝摩尔比接近1:1，因此，合理利用天然矿物高岭土来制备沸石分子筛具有十分重要意义，既能实现高岭土功能化利用，提升附加值，又能降低沸石分子筛的合成成本，实现绿色化合成。

技术实现思路

1、基于高岭土合成封装型双功能材料的方法与应用，包括以下步骤：

2、s1：高岭土的预处理

3、s11：取5g高岭土原料放入马弗炉中，进行高温煅烧，得到偏高岭土；

4、s12：在水浴条件下，取3.6g偏高岭土在18ml盐酸中浸出，经过滤、洗涤、干燥后得到酸浸高岭土；

5、s2：pt@zsm-5双功能材料的合成

6、s21：将铂金属盐与乙二胺先后加入去离子水中超声混合，得到a液；

7、s22：取2.40g酸浸高岭土和5.50g四丙基氢氧化铵(tpaoh)于20ml去离子水中搅拌后，将a液加入后继续搅拌。

8、s23：将步骤(4)中所得溶液在转移到水热釜中，于170℃-190℃晶化。之后将得到的产物用去离子水充分抽滤洗涤后烘干，接着将所得产物在马弗炉中煅烧，最终得到pt@zsm-5双功能材料。

9、优选地，步骤s11所述的煅烧温度与时间分别是800℃与2h。

10、优选地，步骤s12所述的水浴温度为90℃，盐酸浓度为6mol/l，浸出时间为2h。

11、优选地，步骤s21所述的铂的添加量为酸浸高岭土质量的0.1~0.5%wt；乙二胺与去离子水的加入量分别为1ml与4ml。

12、优选地，步骤s22所述的搅拌时间分别是6h与1h。

13、优选地，步骤s23所述的晶化温度与时间分别是170℃与72h，煅烧温度与时间分别是550℃与6h。

14、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

15、（1）使用高岭土合成zsm-5型沸石分子筛，不仅降低了沸石的合成成本，节约了资源，同时还提升了高岭土的附加值，具有一定的经济效益。（2）制备得到的pt@zsm-5利用分子筛特有的骨架来固定活性金属，利用分子筛的大比表面积高度分散金属纳米颗粒，既能实现低温吸附碳氢化合物，又能在一定温度下将其完全氧化。

技术特征：

1.一种基于高岭土合成封装型pt@zsm-5双功能材料的方法，其特征在于，包括以下步骤:

2.根据权利要求1所述的基于高岭土合成封装型pt@zsm-5双功能材料的方法，其特征在于，所述高岭土原料指的是sio2质量百分比≥46.29%，al2o3质量百分比含量≥38.41%的高岭土原料。

3.根据权利要求1所述的基于高岭土合成封装型pt@zsm-5双功能材料的方法，其特征在于，步骤s11中，高温煅烧的温度和时间分别是800℃和2h，升温速率为5℃/min。

4.根据权利要求1所述的基于高岭土合成封装型pt@zsm-5双功能材料的方法，其特征在于，步骤s12中，所述盐酸浓度为6mol/l，活化高岭土与盐酸固液比为1：5 (g ml-1)；浸出时间为2h；干燥的温度与时间分别为80℃与12h。

5.根据权利要求1所述的基于高岭土合成封装型pt@zsm-5双功能材料的方法，其特征在于，步骤s21中，所述铂金属盐为氯化铂或硝酸铂中的一种，铂的添加量为酸浸高岭土质量的0.1~0.5%wt；乙二胺与去离子水的加入量分别为1ml与4ml。

6.根据权利要求1所述的基于高岭土合成封装型pt@zsm-5双功能材料的方法，其特征在于，步骤s22中，所述四丙基氢氧化铵质量分数为40%，两次搅拌的时间分别是6h与1h。

7.根据权利要求1所述的基于高岭土合成封装型pt@zsm-5双功能材料的方法，其特征在于，步骤s23中，晶化温度优选为170℃，晶化时间为72h；烘干温度和时间分别为80℃和12h；煅烧温度与时间分别为550℃与6h，升温速率为2℃/min。

技术总结
本发明公开了一种基于高岭土合成封装型Pt@ZSM‑5双功能材料的方法与应用。该制备方法以高岭土为原料，采用高温煅烧和酸浸处理对高岭土进行活化和除杂脱铝，再通过水热晶化合成ZSM‑5分子筛，并同时将活性金属封装在沸石纳米晶中，即可得到封装型Pt@ZSM‑5材料。所述制备方法以成本低廉的高岭土为原料合成分子筛，可以显著提高高岭土的附加值和降低分子筛合成成本。并且利用分子筛特有的骨架来固定活性金属，使金属纳米颗粒在其中高度分散，既提高了催化剂的活性，又延长了催化剂的寿命。本发明提供了所述封装型Pt@ZSM‑5双功能材料在柴油车尾气处理中的应用，该材料基于分子筛的吸附特性能够在柴油车冷启动过程低温吸附尾气中典型VOCs丙烯，并在达到一定温度后将丙烯完全氧化。

技术研发人员：唐文翔,田浪川,唐盛伟
受保护的技术使用者：四川大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/16