一种具有抗硫能力的铂基单原子催化材料及制备方法和应用

本发明属于大气污染治理，特别涉及一种具有抗硫能力的铂基单原子催化材料及制备方法和应用。

背景技术：

1、挥发性有机化合物(voc)是指在室温和大气压力下沸点在50-260℃的有机化合物。主要包括醛、醇、酯、卤代碳氢化合物、烷烃、炔烃、芳基烃、卤代烃、酮、卤代碳氢化合物和含氮/硫化合物。挥发性有机化合物可以来自于室内和室外。室内污染物的来源有建筑产品、办公用品、清洁产品、印刷材料等。室外挥发性物质的来源有表面腐蚀、垃圾焚烧和机动车尾气等。vocs的大量排放会对环境和人类健康造成影响。vocs容易与大气中的其他气体污染物(如氮氧化物和硫氧化物)生成二次污染物，造成环境破坏。同时，一些挥发性有机化合物具有致癌性和毒性，对人体神经系统眼睛、肝肺和心血管等有毒害作用。含氧挥发性有机污染物如丙酮、甲乙酮、乙酸乙酯等，可由制药机构尾气排放，包装印刷，电子化工等多种途径排入环境中，造成严重的负面影响。

2、因此，当务之急是认识到ovocs的危险，并采取措施减轻其对人类健康和环境的有害影响。目前，ovocs的常用处理技术主要包括吸附、蓄热式燃烧、光催化、生物降解和催化氧化。相比之下，催化氧化因其成本低、经济可行性高、适应性强而具有优势。研究人员一直致力于开发在复杂气氛下具有高催化活性和稳定性的优良催化剂。丙酮(c3h6o)是广泛存在于制药工业、印刷厂、制鞋厂和塑料涂装中的典型ovoc之一。制药工业排放的排放物包括无机和有机硫物质，这些物质可以转移到so2中。现有调查广泛研究了负载型贵金属催化剂和过渡金属氧化物催化剂在丙酮催化氧化中的作用。尽管负载型贵金属催化剂对voc的催化氧化是有效的，但so2在氧化反应中会使负载的贵金属催化剂失效。因此，急需根据挥发性含氧烃类的排放特点和分子特征研究一种具有高活性、可抗硫的单原子催化剂以提高单位铂原子上的污染物转化率。此发明在挥发性有机污染物低温催化领域具有重要的应用前景。

技术实现思路

1、为克服现有技术中存在的单原子催化剂活性低，无法抗硫的问题，本发明的目的是提供一种具有抗硫能力的铂基单原子催化材料及制备方法和应用，该方法制备的铂基单原子催化材料具有较好的催化活性，并且能够应用于在存在二氧化硫的情况下实现对丙酮的氧化，克服了现有铂基催化材料低温活化能力差、抗硫性弱的缺陷。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种具有抗硫能力的铂基单原子催化材料的制备方法，包括以下步骤：

4、将负载锰的三氧化二铝前驱体溶解于去离子水形成溶液a；

5、将硝酸铂水溶液的ph值调节为2-8，形成溶液b；

6、将溶液b加入溶液a中，离心，干燥，焙烧，得到具有抗硫能力的铂基单原子催化材料。

7、进一步的，负载锰的三氧化二铝前驱体与去离子水的质量比为0.4g：70-120ml。

8、进一步的，负载锰的三氧化二铝前驱体通过以下过程制备：将三氧化二铝溶解于去离子水中，再加入硝酸锰水溶液和氨水，离心、干燥、焙烧，得到负载锰的三氧化二铝前驱体。

9、进一步的，将硝酸铂水溶液的ph值调节为2、4、6或8，形成溶液b。

10、进一步的，溶液b中硝酸铂与溶液a中负载锰的三氧化二铝前驱体的质量比为0.01-0.03：0.4g。

11、进一步的，焙烧的温度为500-600℃，时间为12-24h。

12、进一步的，以2-5℃/min的升温速率升温至500-600℃。

13、一种具有抗硫能力铂基单原子催化材料。

14、一种具有抗硫能力铂基单原子催化材料在丙酮催化氧化中的应用。

15、进一步的，将具有抗硫能力铂基单原子催化材料压片、过筛、活化后，以丙酮作为探针气体，以丙酮与二氧化硫作为探针气体，在120-200℃温度下进行催化反应。

16、与现有技术相比，本发明具有的有益效果：

17、本发明通过调节硝酸铂水溶液ph为2-8，从而改变溶液电负性，使得贵金属pt通过静电吸附不同比例的分别负载于载体al2o3和mno2，改变了贵金属与载体之间的电子传输能力。从而调节了铂基催化剂的催化能力。具体原理是：不同金属氧化物的零电荷点不同；al2o3的零电荷电为～5.18，mno2的零电荷电为～8。在ph＝2～8范围内，随着ph增加，吸附于al2o3的ptcl62-减少，会有更多ptcl62-吸附于mno2。通过煅烧去除残余氯化物。本发明通过在浸渍法中调节溶液ph值，合成了不同抗硫能力的pt1/mno2/al2o3铂基单原子催化材料，与已有研究相比，步骤简单，具有成本节约性，有非常大的应用前景；本发明中通过浸渍的合成方法，此方法非常简易，且可大规模生产，极大地缩短了耗能和合成时间，降低了贵金属基催化剂成本昂贵的问题，并且具有普适性应用的前景。

18、本发明制备的具有抗硫能力的铂基单原子催化材料在丙酮净化中的广泛应用，通过改变溶液电负性，使得贵金属pt通过静电吸附不同比例的分别负载于载体al2o3和mno2，改变了贵金属与载体之间的电子传输能力。使得ph＝4的pt1/mno2/al2o3催化材料在120-200℃、空速75000h-1的实验条件下实现对500ppm丙酮的转化。同时也可以在160℃时在通有50ppm的二氧化硫的情况下实现高效的对丙酮的氧化。本发明极大地提升了铂基催化材料的低温催化效率和稳定性。本发明在挥发性有机污染物低温净化领域具有重要的应用前景。

技术特征：

1.一种具有抗硫能力的铂基单原子催化材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的具有抗硫能力的铂基单原子催化材料的制备方法，其特征在于，负载锰的三氧化二铝前驱体与去离子水的质量比为0.4g：70-120ml。

3.根据权利要求1所述的具有抗硫能力的铂基单原子催化材料的制备方法，其特征在于，负载锰的三氧化二铝前驱体通过以下过程制备：将三氧化二铝溶解于去离子水中，再加入硝酸锰水溶液和氨水，离心、干燥、焙烧，得到负载锰的三氧化二铝前驱体。

4.根据权利要求1所述的具有抗硫能力的铂基单原子催化材料的制备方法，其特征在于，将硝酸铂水溶液的ph值调节为2、4、6或8，形成溶液b。

5.根据权利要求1所述的具有抗硫能力的铂基单原子催化材料的制备方法，其特征在于，溶液b中硝酸铂与溶液a中负载锰的三氧化二铝前驱体的质量比为0.01-0.03：0.4g。

6.根据权利要求1所述的具有抗硫能力的铂基单原子催化材料的制备方法，其特征在于，焙烧的温度为500-600℃，时间为12-24h。

7.根据权利要求6所述的具有抗硫能力的铂基单原子催化材料的制备方法，其特征在于，以2-5℃/min的升温速率升温至500-600℃。

8.一种根据权利要求1-7任一项所述方法制备的具有抗硫能力铂基单原子催化材料。

9.一种根据权利要求1-7任一项所述方法制备的具有抗硫能力铂基单原子催化材料在丙酮催化氧化中的应用。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，将具有抗硫能力铂基单原子催化材料压片、过筛、活化后，与丙酮在120-200℃温度下进行催化反应。

技术总结
本发明公开了一种具有抗硫能力的铂基单原子催化材料及制备方法和应用，将负载锰的三氧化二铝前驱体溶解于去离子水形成溶液A；将硝酸铂水溶液的pH值调节为2‑8，形成溶液B；将溶液B加入溶液A中，离心，干燥，焙烧，得到具有抗硫能力的铂基单原子催化材料。本发明中通过改变硝酸铂水溶液的pH值调节了溶液电负性，改变了贵金属不同比例的分别负载于载体Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;和MnO<subgt;2</subgt;,使得贵金属与载体之间的传输能力不同，最终导致其催化氧化能力及抗硫能力不同。本发明制备的pH＝4的铂基单原子催化材料中铂单原子与载体之间具有较强的电子传输能力，使其具有优异的丙酮深度氧化活性和抗硫性，极大地提升了铂基催化材料的低温催化效率。

技术研发人员：何炽,党凡,姜泽宇,艾春丽,万嘉蕾
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/7/23